Processo de Refino em Baixa Consistência

Análise do Processo de Refino em
Baixa Consistência de Polpa
Celulósica
Luciano Oliveira
Maio, 2016
lramosoliveira@yahoo.com.br

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 básico
Estágio simples
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T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água de
diluição
QC
PC FCPe Ps
Amps ou
KWh
3

Processo básico
Estágios múltiplos
T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água de
diluição
QC
PC FCPe Ps
4
R2
Refinador
Amps ou
KWh
Pe Ps

Processo básico
Estágios paralelos
T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água de
diluição
QC
PC
5
R2
Refinador
Amps ou
KWh
Pe PsPsPe
FC
FC

CONSISTÊNCIA
T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água de
diluição
QC
PC FC
6
Pe Ps

Controle de Consistência
A consistência é a quantidade, em peso seco, de material diluído em
uma solução aquosa. Geralmente dada em %.
Em medida em laboratório e também online, através de instrumentos
específicos.
Na medida em que se aumenta a consistência, a celulose desenvolve
grande capacidade de floculação.
7

O cálculo de ajuste de consistência é dado pela seguinte fórmula:
Q =
ଵ଴଴
஼௦௢௨௧
−
ଵ଴଴
஼௦௜௡
∗ 0,9
Q: fluxo de diluição em m3/h
Csout: consistência desejada
Csin: consistência de entrada
0,9: fator de transformação BDT para ADT.
8

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 =
ଵ଴଴
ସ
−
ଵ଴଴
ହ,ହ
∗ 0,9 → Q = 25 − 18,18 ∗ 0,9
Q = 6,82 ∗ 0,9 → Q = 6,14 ݉3/‫ݐ݀ܣ‬
SP = 6,14 * 10 = 61,4 m3/h.
9

FLUXO
T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água de
diluição
QC
PC FC
10
Pe Ps

Controle de Fluxo
Cada refinador possui uma característica de fluxo mínimo, médio e
máximo.
O fluxo é controlado na saída do refinador.
Normalmente medido em litros/min (LPM) ou metros cúbicos por hora
(m3/h).
No caso em operação abaixo do fluxo mínimo recomendado, utiliza-se
recirculação.
11

RECIRCULAÇÃO
T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água de
diluição
QC
PC FC
12
Pe Ps

Recirculação
É o retorno de parte do fluxo de saída do refinador de volta a entrada.
Tem como objetivo garantir um fluxo mínimo para o equipamento,
maior estabilidade do gap, melhor colchão de fibras e maior energia
aplicada por passe.
Quando feito sem critério, pode gastar mais energia sem benefício para
a fibra.
Geralmente recircula-se de 0 – 25%. Em alguns nota-se até 50% de
recirculação.
13

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.
14

Controle de Gap
15

Controle de Gap
16

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 (%)
17

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
18

CONTROLE DE PRESSÃO
T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água de
diluição
QC
PC FC
19
Pe Ps

Controle de Pressão
O refinador é alimentado através de uma bomba centrífuga, a uma
determinada pressão (1 – 3,5 bar).
A pressão de alimentação é controlada pela válvula de recirculação
(alívio), que retorna o fluxo de alimentação para o tanque de massa
não-refinada.
O ∆P (diferencial de pressão) é a diferença entre pressão de entrada e
saída do refinador. Geralmente 1 – 1,5 bar de incremento.
Quanto menor o ∆P, maior o desgaste do discos, e consequentemente,
menor a capacidade de bombeamento.
Um diferencial de pressão assegura um gap estável entre os discos,
evitando desgaste prematuro, e corte de fibras.
∆P = Pa - Pb
20

CONTROLE DE ENERGIA
T1
Polpa não-
refinada
P1
Bomba de
massa
R1
Refinador
T2
Polpa
refinada
Água 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.
22

Controle de Energia
ܵ‫ܥܧ‬ =
ܲ‫ݐ݋‬ê݊ܿ݅ܽ ‫ ݎ݋ݐ݋݉ ݋݀ ݈ܽݐ݋ݐ‬ − ݊‫݀ܽ݋݈ ݋‬
ܲ‫ݑ݀݋ݎ‬çã‫ ݋‬
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.
24

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.
25

Controle de Grau de Refino
26

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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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?
31

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?
32

Consideração final
Caso tenha interesse em revisar os resultados, envie-as respostas para o e-
mail:
lramosoliveira@yahoo.com.br
Aproveite para visitar www.polpaepapel.blogspot.com.br.
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