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