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PROCESSO DE DIMENSIONAMENTO BÁSICO DE UMA LINHA DE EVAPORAÇÃO E DESCONTAMINAÇÃO DA ÁGUA EVAPORADA DO

LICOR NEGRO NA INDÚSTRIA DE CELULOSE

DOS ANJOS, Matheus Fernandes 1

MORAES, Francisco de Assis Bertini2

RESUMO: Na produção do processo Kraft muitos produtos químicos são utilizados e resíduos são produzidos. Os resíduos devem ser tratados antes de serem descartados para o meio ambiente ou até mesmo reutilizados no processo. O licor negro é um dos resíduos gerados nesse processo. Este deve ser lavado e separado da polpa para que seu conteúdo químico seja recuperado, formando o licor negro fraco. Para utilizar esse resíduo no processo é necessário concentrar o mesmo, ou seja, deve haver a evaporação da água do licor negro fraco. Durante o processo de evaporação há a formação de condensado contaminado com impurezas do licor. Este condensado deve ser submetido ao processo stripping, permitindo a remoção de até 90 % dos contaminantes. Os gases volatizados nesse processo são incinerados em sistemas específicos com lavagem de gás ou incinerados no forno de cal. Enquanto a parte menos contaminada dos condensados é utilizada em outras partes do processo. A empresa fictícia BSPC Papel e Celulose está trabalhando com a capacidade máxima e isso está causando problemas na qualidade do efluente, já que seu sistema de evaporação e stripping não estão sendo eficientes. Devido a isso foi elaborado um projeto de redimensionamento de um conjunto de evaporadores e uma coluna stripper. PALAVRAS-CHAVE: Licor negro. Evaporação. Stripping.

ABSTRACT: In the production of the Kraft process many chemicals are used and waste is produced. The waste must be treated before being disposed of in the environment or even reused in the process. Black liquor is one of the waste generated in this process. This must be washed and separated from the pulp so that its chemical content is recovered, forming the weak black liquor. In order to use this residue in the process it is necessary to concentrate it, that is, there must be the evaporation of water from the weak black liquor. During the evaporation process, condensate contaminated with liquor impurities is formed. This condensate must be subjected to the stripping process, allowing the removal of up to 90% of the contaminants. The gases volatized in this process are either incinerated in specific systems with gas washing or incinerated in the lime kiln. While the less contaminated part of the condensate is used in other parts of the process. The fictional company BSPC Papel e Celulose is working at maximum capacity and this is causing problems in the quality of the effluent, since its evaporation and stripping system are not being efficient. Because of this, a project was developed to resize a set of evaporators and a stripper column. KEYWORDS: Black liquor. Evaporation. Stripping.

1. INTRODUÇÃOO processo Kraft de produção de celulose trata a madeira em forma de

cavacos em vasos de pressão (digestores) com soda caustica e sulfeto de sódio. O

objetivo deste processo é a dissolução da lignina para obtenção de uma pasta forte

(Kraft significa forte em alemão), preservando a resistência das fibras. (AMARAL,

2008, p.48). Este processo é subdivido nas seguintes etapas: descascamento,

picagem, cozimento, depuração, branqueamento e recuperação do licor. 1 Graduando em Engenharia Química, pela faculdade Municipal Professor Franco Motoro – FMPFM, de Mogi-Guaçu – SP. E-mail: matheus_fernandes95@outlook.com

2Graduado em Engenharia Química, pela Universidade Estadual de Campinas. Mestrado em Engenharia da produção pelo Centro Universitário de Araraquara. Professor da Faculdade Municipal Professor Franco Montoro – FMPFM, de Mogi-Guaçu – SP. E-mail: franciscobertini25@gmail.com

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Durante todo o processo, muitos produtos químicos são utilizados e resíduos

são produzidos, havendo, então, uma necessidade de tratá-los antes de serem

descartados para o meio ambiente ou até mesmo reutilizados no processo. Já que

para a produção da polpa de celulose é necessário que a madeira descascada e

picada seja cozida em um digestor com substâncias químicas, havendo a dissolução

e remoção da lignina; separando as fibras e tornam-se polpa.

Um dos resíduos oriundo do cozimento da madeira é o licor negro. E este deve

ser lavado e separado da polpa para que seu conteúdo químico seja recuperado.

O licor negro pode ser definido como uma solução aquosa constituída de

compostos orgânicos (lignina, polissacarídeos, compostos resinosos e de baixo peso

molecular) e inorgânicos (alguns sais), esta composição é alterada de acordo com o

tipo da madeira e as condições de tratamento do mesmo. (CARDOSO, 1998, p.10).

A composição típica do licor negro pode ser demonstrada na tabela abaixo:

A recuperação química é essencial para a fabricação de celulose, pois está

diretamente relacionada com a viabilidade econômica e ambiental do processo. Na

etapa de queima do licor negro concentrado são recuperados produtos químicos

utilizados no processo do cozimento e geração de energia elétrica.

Uma característica física de muita importância do licor é a concentração de

sólidos sendo ideal entre 70 a 75%, pois quanto menos água, maior seu rendimento

energético.

A recuperação desse licor é realizada, basicamente, pelos evaporadores de

múltiplo efeito, responsáveis pela concentração do mesmo. Quando o licor negro

concentrado é queimando, este libera energia para a geração de vapor. Quanto

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maior o teor de sólidos deste licor melhor é a operação da caldeira de recuperação,

pois além de resultar na elevação da temperatura de operação da caldeira, resulta,

também, em uma maior eficiência térmica na geração de vapor. (CARDOSO,1998,

p.i)

No processo estudado o licor negro sai dos evaporadores com cerca de 40 a

45% de sólidos após isso é enviado para outra etapa de concentração, podendo

chegar até 75% de sólidos.

1.1 JUSTIFICATIVA Nos últimos cinco anos, a empresa BSPC Papel e Celulose têm aumentado

consideravelmente sua produção de celulose em torno de 20 toneladas por ano,

trabalhando atualmente na sua capacidade máxima de 1.800 toneladas por dia.

Devido a isso o setor de evaporação e tratamento de condensado ficou

demasiadamente sobrecarregado em relação aos setores de fibras, caldeira de

recuperação, caustificação e forno de cal. Essa sobrecarga no processo tem

causado uma instabilidade no tratamento do condensado, consequentemente,

contaminando o processo de celulose e também causando uma instabilidade no

tratamento do efluente; apesar de ainda estar atendendo as exigências da

Resolução 357 de 17 de Março de 2005 do CONAMA que determina as condições e

padrões de lançamentos de efluentes em rio classe 2.

Outro motivo para o aumento da capacidade do setor de evaporação e

descontaminação de condensado é a necessidade do reaproveitamento de água,

pois durante os últimos dez anos houve uma queda de vazão do rio de

abastecimento da fábrica devido ao aumento populacional da região.

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL Este trabalho tem como objetivo simular uma licitação de redimensionamento

básico de um conjunto de evaporadores e uma coluna stripper, permitindo o

aumento da produção da fábrica, estabilidade do processo e do tratamento do

efluente.

2.2OBJETIVO ESPECÍFICO

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O objetivo específico desse trabalho foi desenvolver um projeto de

redimensionamento, e para isso foi necessário:

Propor duas alternativas de projeto de redimensionamento dos equipamentos;

Comparar as propostas considerando: custos de investimento, impactos

ambientais, reduções de custos, viabilidade econômica;

Realizar todos os balanços de massas e energias envolvidos no processo;

Elaborar fluxograma do processo;

Dimensionamento básico dos equipamentos.

3. REFERENCIAL TEÓRICO

3.1 EVAPORAÇÃO A evaporação é uma operação unitária cuja finalidade é concentrar uma

solução através da vaporização do solvente na ebulição.

Durante essa operação ocorrem vários processos diversos. Inicialmente ocorre

a transferência de calor do meio calefator (responsável pelo aquecimento) para a

solução. Seguido da transferência simultânea de calor e massa do líquido para a

fase de vapor.

Um evaporador é constituído basicamente por um trocador de calor,

responsável pela fervura da solução, e um dispositivo responsável pela separação

da fase vapor do líquido em ebulição. (FOUST; WENZEL; CLUMP; MAUS; &

ANDERSEN; 1982, p.436).

Existem vários tipos der evaporadores, como:

Evaporador de tubos horizontais;

Evaporador de tubos verticais;

Evaporadores de circulação forçada;

Evaporador vertical de tubos longos;

Evaporador de película turbulenta;

Evaporador com combustão submersa.

Além disso, todos esses evaporadores podem operar de diversas maneiras,

como:

Simples efeito;

Múltiplo efeito: Concorrente (ou alimentação direta);

Mista;

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Contracorrente (ou alimentação inversa);

Compressão: Mecânica eTérmica;

Múltiplos Efeitos de Expansão;

Bomba de calor.

De acordo com o seguinte trecho do livro “Chemical Recovery in Alkaline

Pulping Processes” escrito pelos autores Robert P. Green e Gerald Hough, pode-se

afirmar que o evaporador ideal para o processo estudado é o com tubos verticais

longos e operando por múltiplos efeitos: Com o objetivo de reduzir a necessidade de vapor gerado externamente, a concentração de licor negro é quase sempre realizada com um sistema de evaporação de múltiplos efeitos. Em tal sistema que consiste em vários evaporadores ou efeitos, o vapor é fornecido apenas para o primeiro efeito na pressão mais alta, e o vapor evoluído de um efeito de alta pressão é utilizado para fornecer calor para o próximo efeito a uma pressão mais baixa, o vapor de o último efeito sendo evacuado e condensado. Os evaporadores são geralmente de tamanho igual e construção semelhante, a fim de reduzir o custo de capital [...]. O moderno evaporador de licor negro do tipo vertical de tubo longo (LTV) foi desenvolvido após um período de testes e modificações. Ele substituiu completamente o tipo anterior de tubo horizontal. (1968, p.25)

3.1.1. EVAPORADOR DE TUBOS VERTICAIS LONGOS COM CIRCULAÇÃO NATURAL

Os evaporadores de tubos verticais longos com circulação natural não utilizam

bombas de circulação. Neste tipo de evaporador a alimentação do fluido a ser

evaporado é feita pelo topo dos tubos longos verticais, escorrendo pelas paredes

dos tubos abaixo, no mesmo sentido que o gás de evaporação. Devido a isso o

tempo de contato é curto, resultando em uma maior fração de evaporação. (FOUST,

WENZEL, CLUMP, MAUS, & ANDERSEN, 1982, p.439)

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Figura 1- Evaporador de tubos verticais longos com circulação natural.Fonte: FOUST, WENZEL, CLUMP, MAUS, & ANDERSEN 1982, p.439.

3.1.2. MÚLTIPLO EFEITO CONCORRENTE O processo de evaporação de múltiplo efeito é a associação de vários

evaporadores. Neste método o vapor gerado no primeiro evaporador é utilizado

como o fluido de aquecimento de um seguinte evaporador. Isso só é possível se o

segundo evaporador possuir pressão menor que o primeiro, possibilitando que a

solução entre em ebulição em temperaturas cada vez menores. Essa diferença de

pressão permite que a variação da temperatura na superfície da caixa de vapor do

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segundo evaporador seja sempre positiva. Dessa maneira há a redução do vapor

consumido.

No caso estudado os evaporadores operam em um sistema de alimentação

direta (concorrente), isto é, os fluidos do processo e o vapor de água seguem o

mesmo sentido. A vantagem dessa operação é que não são necessárias bombas

para o deslocamento da solução de um efeito para o outro. A desvantagem é que

todo o aquecimento da carga ocorre no primeiro efeito, gerando menor quantidade

de vapor pelo aquecimento de água, o que diminui a economia.

Figura 2 - Esquema de evaporador de múltiplo efeito com alimentação direta.Fonte: FOUST; WENZEL; CLUMP; MAUS & ANDERSEN 1982, p.445.

3.2. PROCESSO DE DESSORÇÃO (STRIPPING)

No processo de dessorção o gás solúvel é transferido do líquido para a fase

gasosa, já que a concentração no líquido é maior do que a concentração de

equilíbrio com o gás. Ou seja, este processo é responsável pela remoção de um

componente de um líquido pelo contato com uma fase gasosa. (FOUST; WENZEL;

CLUMP; MAUS & ANDERSEN, 1982, p.12)

A alimentação da coluna de stripping, por um líquido volátil, é feita pelo topo

descendo em níveis de cascata através dos pratos até atingir o fim do equipamento.

Já o vapor é introduzido no fundo da coluna, seguindo ao topo do equipamento.

Dessa maneira o líquido e o vapor são misturados, ocorrendo uma

transferência de massa e energia até que atinjam uma condição de equilíbrio;

durante esse processo de aquecimento do líquido de alimentação o componente

volátil presente no mesmo passa de fase líquida para gasosa, sendo separado da

solução.

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O número de pratos necessários é determinado pela volatilidade relativa do

componente que se deseja separar e as características físico químicas do líquido de

alimentação. Ou seja, quanto maior a volatilidade do componente, menor será o

número de pratos necessário.

Figura 3 – Esquema de funcionamento de uma coluna de dessorção.Fonte: MORAES & SILVA 2014, p. 3

3.3. EVAPORAÇÃO DO LICOR NEGRO, GERAÇÃO E TRATAMENTO DO CONDENSADO DO CONTAMINADO

A evaporação do licor negro é o processo de transferência do calor fornecido

pela condensação do vapor em contato com a superfície de aquecimento das placas

do evaporador de múltiplos efeitos com seis efeitos. Após esse processo, o licor

negro atinge a concentração de sólidos entre 40 a 45 %, como descrito

anteriormente.

Os condensados gerados durante essa etapa podem ser classificados em três

grupos, conforme sua composição:

Condensado A ou Primário: Originário dos primeiros efeitos pode ser

classificado como vapor condensado puro, pois não contém nenhum tipo de

impureza. É retirado dos cilindros secadores das máquinas e dos

concentradores do licor negro. Esse tipo de condensado não passa por um

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tratamento específico antes de alimentar as caldeiras, ele somente passa por

um processo de filtragem para a remoção das fibras antes de ser

armazenado. (AMARAL,2008, p.58)

Condensado B ou Secundário: Originário dos outros efeitos do processo de

evaporação; o vapor utilizado nesse processo da origem a um condensado

contaminado, este pode ser enviado para a lavagem da polpa e a

caustificação, para lavagem de lama e limpeza dos filtros. A condutividade

deste deve estar entre 450 μS/cm a 600 μS/cm. Caso haja excesso deste

condensado este será direcionado para o ETE (Estação de Tratamento de

Efluente). (AMARAL,2008, p.58)

Condensado C: Este condensado é contaminado com o licor negro. Possui

condutividade na faixa de 1000 μS/cm a 1300 μS/cm, antes de serem

armazenados são tratados na torre de stripping. Na torre há a separação dos

compostos reduzidos de enxofre (TRS), metanol e mercaptanas. O metanol é

reutilizado durante a queima do forno de cal e os outros gases seguem para o

incinerador de gases. O condensado tratado deve ter condutividade igual à do

condensado B, caso o contrário deve retornar para a evaporação.

(AMARAL,2008, p.59)

Conforme descrito acima os condensados mais contaminados são submetidos

ao processo stripping, permitindo a remoção de até 90% dos contaminantes, de

acordo com o pH. Os gases volatizados nesse processo são incinerados em

sistemas específicos com lavagem de gás ou incinerados no forno de cal. Enquanto

a parte menos contaminada dos condensados é utilizada na lavagem de polpa,

lavadores de gases e reposição de água para a preparação do licor negro. Dessa

maneira pode haver a redução de 50% da demanda química de oxigênio (DQO),

quando comparado ao tratamento dos condensados mais contaminados. (PIOTTO,

2003, p.178).

4. MATERIAIS E MÉTODOS Para elaborarmos o projeto de redimensionamento dos equipamentos

seguimos a apostila fornecida e elaborada pelo professor orientador Me. Francisco

de Assis Bertini Moraes. A partir dessa apostila foi possível organizar de maneira

técnica, seguindo todas as etapas necessárias como:

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Apresentação: Esse tópico apresenta os principais motivos pelo qual o

redimensionamento foi licitado, de maneira clara e resumido.

Definição da capacidade de produção: Nesse tópico consta a apresentação

detalhada dos problemas atuais, a produção atual do processo e a produção

esperada após o redimensionamento.

Análise das propostas: Nessa etapa há a apresentação das propostas e a

comparação das mesmas considerando os custos dos investimentos, as

reduções de custos para o processo e os impactos ambientais.

Estudo da viabilidade econômica: Apresenta o estudo e comparação da

viabilidade econômica de todas as propostas de redimensionamento.

Organização de projeto: Consiste na apresentação e definição das licenças

de instalação e operação, organogramas de pessoas e interfaces, método

para a coleta dos dados; padronização dos documentos e normas; sistema de

unidades utilizados no projeto e os padrões de segurança.

Fluxogramas de processos: Elaboração do fluxograma simples do processo.

Balanço de massa e energia.

Fluxograma de processo P&I.

Utilidades: Elaboração de um fluxograma de blocos com todos as interações

do processo com o restante da fábrica, indicando os principais consumos,

fluxos e concentrações.

Projeto das operações unitárias: Cálculos de dimensionamento dos

equipamentos e elaboração da ficha de especificação e desenho técnico.

Estratégia de Intertravamento: Definição de qual sistema de controle será

utilizado, para garantir a estabilidade e segurança do processo. Além da

exemplificação desse sistema.

Recomendações de segurança e operação (HAZOP): Definição e explicação

do HAZOP.

Recomendações de comissionamento e “Start – UP”: Definição das ações

necessárias durante o “Start - Up” do processo e elaboração de um checklist

de comissionamento.

Considerações finais.

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Neste artigo serão detalhados a metodologia e os cálculos principais para o

redimensionamento dos equipamentos. As etapas teóricas envolvendo a elaboração

do projeto estão descritas e detalhadas no memorial deste trabalho.

O projeto de redimensionamento dos equipamentos foi desenvolvido a partir

do seguinte estudo de caso: A fábrica de celulose BSPC Papel e Celulose tem

operado em capacidade máxima, de 1.800 toneladas de celulose por dia. Essa

situação está exigindo que alguns equipamentos trabalhem acima da sua

capacidade máxima de projeto, tornando-os menos eficientes. A MFA Projetos LTDA

foi licitada para redimensionar os equipamentos relacionados ao processo de

tratamento do licor negro. Os equipamentos a serem redimensionados são:

Conjunto de Evaporadores de Múltiplos Efeitos;

Sistema de Descontaminação de Condensado (Coluna Stripping).

Para desenvolver esse projeto, inicialmente, foi necessário a apresentação de

duas propostas de projeto, sendo elas:

Proposta 1 - adicionar um efeito no evaporador do tipo LTDV, aumentar a

quantidade de pratos na coluna de Stripping já existente.

Proposta 2 – Adicionar um efeito no evaporador do tipo fallingfilm e substituir

a coluna de Stripping.

Para escolha da melhor proposta foi realizado a análise econômica, definindo

os custos de investimentos, reduções de custos e os impactos ambientais para

ambas.

A partir da comparação desses dados foi definida a proposta mais eficiente

para o processo.

Após a escolha da proposta foi necessário elaborarmos os fluxogramas com

as interações e dados do projeto, com o auxílio do programa VISIO versão 2014.

Os dados do projeto foram obtidos a partir da realização de balanços de

massa e energia dos equipamentos.

A partir desses dados, foi possível realizar o dimensionamento do projeto e

elaborar o desenho técnico do equipamento, com o auxílio do programa AutoCAD

2015.

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES Inicialmente foi feito o levantamento dos custos, impactos ambientais e

redução de custo para cada proposta.

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A tabela 2 apresenta o custo de investimento de cada proposta, ou seja, foram

determinados todos os gastos necessários para a efetuação do projeto, como:

Projetos, instrumentação, materiais, equipamentos, treinamentos, mão de obra para

montagem, entre outros.

A tabela 3 compara as propostas conforme a redução de impactos ambientais.

O nosso processo influencia diretamente o tratamento de efluente, por isso para

comparação foram definidos os valores da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)

na entrada e saída do efluente e 200m acima e abaixo da descarga.

A tabela 4 compara as propostas em relação a reduções de custos no

processo, ou seja, o quanto cada proposta impactará na economia de vapor, ganho

na geração de temperatura, eficiência na evaporação de água e concentração do

licor negro, aumento na produção e redução do custo da biomassa.

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De acordo com as tabelas acima, nota-se que as propostas apresentadas

possuem melhorias ambientais e reduções de custos muito similares, ambas

apresentam redução de 20% do consumo de água na fábrica e diminuição

considerável na carga de DBO do efluente, regularizando o tratamento do ETE.

Além disso, possuem cerca de 15% de economia na evaporação e uma redução do

custo de biomassa de R$ 4.200.000,00 por ano.

Dessa maneira a escolha da proposta deve ser definida apenas pela avaliação

dos custos de investimentos. Assim conclui-se que a proposta 1 é a mais viável, pois

possui um custo de R$3.650.000,00 menor em relação à proposta 2.

Além dessa comparação foi feito uma comparação da análise econômica de

ambas as propostas, afim de confirmar que a proposta 1 realmente é mais viável.

Obteve-se os seguintes resultados:

De acordo com a tabela 5 acima é possível reafirmar que a proposta 1 é mais

viável economicamente. Nota-se que além do valor do investimento da primeira

proposta ser inferior quando comparado ao da segunda (de 9.850.000,00 para

13.500.000,00 reais), possuindo a taxa interna de retorno (TIR) consideravelmente

maior (22,96% contra 16,41%). Além disso, tem como valor presente líquido (VPL)

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maior que o da proposta 2, ou seja, a quantidade de dinheiro que irar sobrar após o

pagamento de todas as dívidas, incluindo as taxas e impostos, será maior do que a

da proposta 2.

Outro fator importante a ser considerado é que tanto o PAYBACK simples

como descontado são menores para a primeira opção, isso significa que o tempo

para o investimento começar a gerar lucro será menor que o da segunda opção (4,2

anos contra 5,3 anos). Consequentemente o Retorno Sobre o Investimento simples

e descontado (ROI) é superior ao valor da segunda opção, provando que o retorno

(lucro) sobre o valor investido é maior e a empresa terá um retorno financeiro mais

alto.

A partir da escolha da melhor opção de projeto, pode-se dar continuidade ao

processo de redimensionamento, inicialmente fizemos o fluxograma simples do

processo, facilitando o entendimento de todas as etapas do processo.

O próximo passo foi realizar os balanços de massa e energia para os

equipamentos, definindo os fluxos, vazões, concentrações, pressões e temperatura

das entradas e saídas dos mesmos. Inicialmente foi realizado os cálculos para o

conjunto de evaporadores.

Após realizar os cálculos do evaporador foi possível calcular os balanços de

massa e energia do stripping.

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A partir desses cálculos foi possível elaborar o fluxograma com os dados dos

balanços de massa e energia do processo.

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Figura 4 – Processo de descontaminação da água evaporada.

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Para concluir o projeto foram feitos os cálculos de todo dimensionamento de

cada equipamento, e dessa maneira pode-se elaborar os desenhos técnicos dos

mesmos.

A partir do método Kern para processos de transmissão de calor e com todos

os dados de processo determinado nas etapas anteriores foi possível dimensionar

todos os efeitos do evaporador.

Durante todo projeto foi descrito que o nosso conjunto de evaporador possuía

6 efeitos, porém foi-se orientado fazer apenas dois desenhos, sendo que o primeiro

desenho do efeito do evaporador representa os efeitos 1, 2 e 3; e o segundo

desenho representa os efeitos 4; 5 e 6. Para isso foi feito a média das dimensões

dos efeitos 1, 2 e 3 e 4, 5 e 6. A partir desses dados foi elaborado o desenho técnico

do evaporador nos efeitos 4, 5 e 6.

Figura 5 – Desenho técnico do evaporador.

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Para calcular as dimensões da coluna stripper foi utilizado o método descrito

por James R. Fair, a tabela abaixo contém todos os resultados.

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Iniciamos o projeto a partir da necessidade de redimensionar o processo de

evaporação e stripping de uma fábrica de celulose. Foram apresentadas duas

propostas e a partir da avaliação das mesmas foi determinada a proposta mais

viável para o processo.

Após essa escolha foi possível realizar todos os estudos e cálculos para a

elaboração de fluxogramas, dimensionamento e desenho técnicos dos

equipamentos.

Esses estudos permitiram que o autor desse projeto utilizasse conhecimento

em cálculos, operações unitárias, termodinâmica, instrumentação, desenho técnico,

entre outros.

A principal dificuldade encontrada durante o projeto foi o conhecimento técnico

no processo de papel e celulose, graças ao professor orientador Me. Francisco de

Assis Bertini Moraes foi possível dar continuidade ao trabalho, visto que o mesmo

tem grande experiência na área.

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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ALLBRIGHT, L. F. Albright’sChemicalEngineering Handbook. 3º Edition CNC

Press-Taylor and Francis Group.New York, 2008

ALMEIDA, Alexandre Marques de. Modelagem, Simulação e Controle de um Sistema de Evaporação Múltiplo Efeito de Licor Negro. 186 p. Monografia

(Trabalho deConclusão de Curso) – Departamento de Engenharia Química,

Faculdade de Telêmaco Borba, 2009.

AMARAL, Karen Juliana. Uso de água em indústria de papel e celulose sob a ótica da gestão de recursos hídricos. 196 p. Tese (Doutorado) – Departamento de

Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2008.

BRASIL, Resolução nº 357, de 17 de março de 2005. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Diário Oficial da União nº 053: 18/03/2005.

CARDOSO, Marcelo. Análise da unidade de recuperação do licor negro de eucalipto ·no processo "Kraft", avaliando alternativas de processamento. 171

p. Tese (Doutorado) – Departamento de Engenharia Química, Universidade Estadual

de Campinas, 1998.

CARREIRO, Milton Roberto de Mattos. Análise Energética e Ambiental do Processamento do Licor Negro Gerado em Fábricas de Celulose e Papel. 157 p.

Tese (Mestrado) – Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de

Itajubá, 2009.

CASTRO, Heizir F. de Catro. Processos Químicos II: Papel e Celulose.

Disponível em:

<sistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5840556/434/apostila4papelecelulose.pdf>

Acesso em: 26 agosto de 2020.

FELDER, Richard M.; ROUSSEAU, Ronald W. Princípios Elementares dos Processos Químicos. 3. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014.

FOUST, Alan S. et al. Princípios das Operações Unitárias. 2. ed. Rio de Janeiro:

LTC, 2013.

GUERATO, Gabriel. Otimização dos evaporadores tipo fallingfilm de uma planta de evaporação do licor negro proveniente do processo de digestão da madeira – Kraft, através da modificação do processo de lavagem visando o aumento da

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474

475

20

capacidade da unidade. 167 p. Monografia (Trabalho de Conclusão de Curso) –

Departamento de Engenharia Química. Universidade de São Paulo, 2012.

GREEN, Robert P; HOUGH, Gerald.Chemical Recovery in AlkalinePulpingProcess.1 ed. New York, TAPPI Monograph series No. 32, 1968.

KERN, D. Processos de Transmissão de Calor. 1º Ed. Guanarana Dois, Rio de

Janeiro, 1983.

MENESES, Rodrigo Fontoura. Modelagem do Sistema de Recuperação do licor de cozimento na produção de celulose. 23 p. Monografia (Trabalho de Conclusão

de Curso) – Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio

Grande do Sul, 2005.

MILCENT, Paul Fernand; PEREIRA, Patrícia Carrano Moreira. Operações Unitárias II: Evaporação. Disponível em: <http://doczz.com.br/doc/691559/operações-

unitárias-ii> Acesso em: 26 de agosto de 2020.

MOLLENKANMP, Robert A. Controle automático de processo. 1 ed. São Paulo;

EBRAS, 1998.

MORAES, F. A. B. Introdução ao Projeto Químico na Indústria. Apostila, 2016.

SILVA, Delano Kelley da; MORAES, Francisco de Assis Bertini. Avaliação da eficiência de uma coluna stripper na remoção de compostos voláteis não condensáveis. Artigo. 9 p. Faculdade Municipal Professor Franco Montoro, 2014.

PIOTTO, ZeilaChittolina. Eco-eficiência na Indústria de Celulose e Papel - Estudo de Caso. 379 p. Tese (Doutorado) – Departamento de Engenharia Hidráulica e

Sanitária, Universidade de São Paulo, 2003.

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