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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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
. 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
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
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
. 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
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
. 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
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
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
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
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
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.
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
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
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
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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and Montreal:Joint Textbook Committee of the Paper Industry , 1982.
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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
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São Paulo , Brasil.
23
24