Lavagem e Depuração da Polpa Marrom

Fabricação de Celulose

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Lavagem e depuração

4.1 Tanque de descarga (blow tank)

Figura 1 - Blow tank de fundo cônico (Fonte: Perkins & Cowan, 1983, p.244)

fibras e licor preto. A polpa é bombeada para o setor de lavagem.(4) O blow tank pode ser de dois tipos: de fundo cônico e de fundo chato (Figuras 1 e 2).

4.1.1 Procedimentos operacionais no sistema do tanque de descarga Qualquer que seja a opção implantada para recuperação do vapor do tanque de descarga, ela só poderá ser eficiente se alguns cuidados operacionais forem tomados. Exemplo disso

Figura 2 - Blow tank de fundo plano (Fonte: Perkins & Cowan, 1983, p.244)

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SENAI - CETCEP

No término do cozimento a polpa é descarregada no blow tank. Nesse tanque de descarga a polpa recém cozida é separada do licor preto que a acompanha, havendo a individualização das fibras. A polpa entra no equipamento na parte superior chocando-se contra as paredes, como consequência desse choque o vapor é liberado e direciona-se para o ciclone enquanto a polpa descreve um movimento em direção ao fundo(5).

No fundo do tanque de descarga insere-se licor preto para efetuar a diluição, deixando a polpa com consistência em torno de 4%; sendo que a ela sofre homogeneização através do agitador ,promovendo, assim, a separação das

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é a necessidade de instalar um acumulador de energia quando, por exemplo, se desejar pré-evaporar o licor preto, devido à geração intermitente de vapor nos casos em que o sistema de digestão é descontínuo. A seguir apontam-se algumas medidas adicionais que permitirão aprimorar a recuperação da energia, na forma de vapor, liberada no tanque de descarga.(5)

Implantação de um sistema avançado de controle

150

SENAI - CETCEP

Um dos problemas que ocorre na operação de um sistema convencional de recuperação do vapor do tanque de descarga, é o rompimento do selo d’água, que descarrega uma parcela significativa de vapor para a atmosfera.

Esse rompimento ocorre porque, durante a descarga do digestor descontínuo, a pressão no acumulador sobe acima do limite máximo de segurança, provocando a liberação do selo d’água. Rompido o selo, a pressão efetiva cairá a zero e ficará assim até que (em alguns casos) o operador suba até o topo do acumulador para adição de água recompondo o selo. Dessa forma, fica clara a necessidade de implantar um sistema de controle, cujo ganho seja baixo entre as descargas e alto durante a descarga.

Para garantir o bom funcionamento da válvula de controle que manipula a vazão de água para condensar o vapor e dessa forma manter a pressão sem grandes oscilações no acumulador.

O sistema de controle sugerido, nesse caso, é o de ganho adaptativo por contato.

Essa forma de controle garante um ganho para o sistema quando um contato é aberto, e uma mudança de ganho instantâneo e sem oscilações quando o contato é fechado.(5)

4.1.2 Isolamento do tanque acumulador de água quente Apesar da temperatura da água quente no acumulador não ser muito elevada, 50 a 70 oC, normalmente as perdas de calor pela superfície são significativas, em função da grande área superficial do tanque. Com o isolamento desse tanque podese aumentar a temperatura da água quente enviada às linhas de lavagem e branqueamento, reduzindo, dessa forma, o consumo de vapor nessas etapas do processo(5).

4.1.3 Aprimoramento do projeto dos tanques de descarga Dois dos problemas mais comuns enfrentados pelas unidades produtoras de celulose com relação ao tanque de descarga são: 

arraste de polpa pelo vapor para o acumulador, por não ocorrer a sua retenção total no ciclone, tornando obrigatória uma limpeza completa a cada parada da planta;



a placa alvo, região da parede do tanque de descarga que recebe o choque da mistura vapor-polpa descarregada do digestor, é corroída rapidamente, obrigando a substituição frequente (aproximadamente a cada 6 meses).

anos.(5)

4.1.4 Recuperação do vapor do tanque de descarga A instalação de um sistema adequado de recuperação de vapor gerado no tanque de descarga traz algumas vantagens fundamentais ao processo de produção de pasta:(5) 

economia de energia e, portanto, de combustível;



redução no custo de produção da pasta;



redução do nível de poluição da água e do ar.

Convencionalmente, o vapor gerado no tanque de descarga é enviado a um acumulador de água quente da planta, onde é condensado em condensadores de contato direto, ocorrendo significativas perdas de vapor para a atmosfera.

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medidas de aproveitamento racional de vapor de “flash” A principal aplicação do vapor “flash”, gerado no tanque de descarga é na pré-evaporação de licor preto fraco, antes do seu envio ao sistema de evaporação múltiplo efeito. Essa alternativa de aproveitamento será descrita com detalhes mais adiante, quando serão tratadas as potencialidades para redução do consumo de energia na evaporação.(5) Outra possível medida para a utilização direta de vapor de descarga é a sua termocompressão para aproveitamento no pré-aquecimento dos cavacos.

Em algumas unidades nacionais, os cavacos antes de serem alimentados no digestor são pré-aquecidos com vapor excedente da planta e também com uma parcela significativa de vapor vivo (normalmente o vapor de 0,3 MPa que pode ser substituído pelo vapor à pressão atmosférica gerado no tanque de descarga, termocomprimido num ejetor). Na compressão utiliza-se vapor a alta pressão (vapor motor), cujo consumo será função da pressão do vapor motor, pressão do vapor na descarga do ejetor e pressão do vapor a ser comprimido. A economia de vapor dependerá da quantidade de vapor gerado no tanque de descarga e da quantidade de vapor vivo consumido para preaquecimento de cavacos. A análise econômica dessa medida deverá levar em conta o consumo de vapor motor na termocompressão. O fabricante do ejetor possui uma tabela/kg de vapor motor, para diferentes pressões do vapor motor e do vapor na descarga do ejetor.

151

SENAI - CETCEP

A solução para o problema de arraste passa normalmente pelo redimensionamento do ciclone, reduzindo o seu diâmetro para aumentar a eficiência de separação do vapor e pasta.

Com relação à placa alvo, o problema resumese em desenvolver um material resistente para a sua fabricação. Experiência realizada nos EUA mostrou que utilizando uma liga de níquel-molibdênio-cobre (Hastelloy Alloy C-276) é possível aumentar a vida útil da placa para 4

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Outra alternativa que merece ser avaliada é a utilização do vapor “flash”, gerado no tanque de descarga para aquecer o licor preto fraco num trocador de calor indireto. Essa medida pode simplesmente ser utilizada como uma complementação ao procedimento convencional de gerar água quente num acumulador, dessa forma seriam reduzidas ou mesmo eliminadas as perdas de vapor já indicadas.

Onde a lavagem da polpa é necessária?(14) 

na produção de polpa marrom;



na produção de polpa branqueada.

LiCor negro é separaDo Da poLpa na Lavagem

O aquecimento do licor preto fraco poderá, dependendo da planta, trazer significativas reduções do consumo de vapor no cozimento e na evaporação.

Figura 3 - Processo de lavagem da polpa

4.2 Lavagem da celulose 152

4.2.1 Introdução A operação de lavagem ou filtração é a operação na qual uma mistura heterogênea de um fluido e partículas de sólidos são separados por um meio filtrante que permite a passagem do fluido, mas retém as partículas de sólidos. Envolve, então, o fluxo de um fluído através de um meio poroso.(14)

Os principais objetivos da lavagem são:(13) 

recuperar os constituintes da madeira dissolvidos no licor para utilizá-los como combustível;



remover a máxima quantidade de: 



A lavagem é a operação destinada a separar a polpa dos constituintes solúveis e insolúveis presentes no licor negro (Figura 3).

SENAI - CETCEP

A polpa produzida nos digestores é lançada no tanque de descarga e consiste, basicamente, em uma suspensão de fibras no licor de cozimento.

Nessa suspensão, a parte fibrosa representa, grosseiramente, a metade da substância seca da madeira utilizada, o restante (lignina e outros componentes da madeira) se encontra, em parte, dissolvido no licor.



materiais orgânicos dissolvidos da madeira; materiais inorgânicos solúveis do licor de cozimento misturados com a polpa ao final do cozimento;

utilizar a mínima quantidade de água limpa ou recirculada de processo nessa operação;

Como foi destacado anteriormente, o volume de água adicionado ao sistema deve ser o menor possível, uma vez que o filtrado final (licor preto diluído) deve ser evaporado e

As tendências futuras na área de lavagem denominam-se MIM (Minimum Impact Mill), constituem-se de associação de equipamentos e sistemas mais complexos, onde se busca maximizar lavagem antes e após deslignificação com oxigênio. O principal foco é minimizar arraste para o branqueamento de sólidos orgânicos, AOX (haletos orgânicos adsorvíveis), TCDD (tetracloro di-benzodioxina), TCDF (tetracloro di-benzofurano).(13)

Caso haja arraste de sólidos dissolvidos (carryover) com a polpa, estes interferirão no branqueamento, na fabricação de papel, aumentarão DBO, DQO e a cor no efluente.

4.2.2 Mecanismos de lavagem

Atualmente, as técnicas de lavagem são baseadas na necessidade do fechamento do circuito, para minimizar encargos e problemas com o tratamento de efluentes. Focaliza-se não somente o fator econômico, mas também a proteção do meio ambiente. As técnicas atuais fazem uso de novos equipamentos de lavagem de polpa e o objetivo principal é a minimização de arraste de DQO. Nota-se a interação com o branqueamento com o oxigênio.

O mecanismo de lavagem pode ser dividido em dois níveis: micromecanismos e macromecanismos.

micromecanismos

153

A lavagem em nível micro significa o transporte do licor de dentro para fora da fibra,que pode ser feito de três formas:(13) 

por difusão;



por compressão;



por inchamento.

SENAI - CETCEP

Até antes de 1990, o fator que influenciava na lavagem era o econômico, a operação focalizava na busca de minimizar perdas de sais (arraste).

Os sistemas de lavagem eram mais simples, compondo-se em geral de uma série de 3-4 filtros lavadores a vácuo.(13)

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queimado para recuperar os sais de sódio. Um excesso de água exigiria um gasto adicional de energia para sua evaporação. Entretanto, uma lavagem insuficiente acarretaria excessiva perda do licor preto impregnado na celulose, afetando o balanço térmico e químico no setor de recuperação, exigindo um maior consumo de reagentes no branqueamento, além de causar problemas na fabricação do papel devido à formação de espuma.

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a) Difusão

b) Compressão

A difusão é causada pelo movimento molecular às vezes presente em um líquido. Esse movimento ou a comunicação entre o licor interno, a fibra e o licor adjacente é limitado pela passagem através da parede da fibra. Muitos fatores afetam a velocidade com que a difusão ocorre:

Ao prensarmos o líquido para fora da fibra pode ocorrer secagem acima de 18%. Esse método é utilizado nas prensas de lavagem e na zona de lavagem do digestor tipo Kamyr, onde excessiva coluna de cavacos comprime as fibras devido ao fato de que a polpa de madeira tem uma densidade maior que o licor.





154





diferença de concentração: uma grande diferença de concentração entre o licor retido dentro da fibra e o licor externo à fibra faz com que o processo de difusão ocorra de forma rápida; temperatura: altas temperaturas promovem rápida difusão. Temperaturas consideradas normais para o processo de difusão são aquelas acima de 70 oC, para as temperaturas acima de 80 oC existe um rápido aumento na taxa de difusão. Por exemplo, a difusão à temperatura de 90 oC é da ordem de 4 a 6 vezes mais rápida que a 50 oC ; a espessura do filme de licor ao redor da fibra: um filme fino corresponde à rápida difusão, obtém-se um filme fino ao redor das fibras mantendo-se o licor em movimento, como é feito em deslocamentos contínuos, misturas, etc.; tamanho dos compostos da difusão: compostos pequenos apresentam alta mobilidade e rápida difusão.

c) Inchamento O inchamento das fibras ocorre com mudanças no valor do pH, que resulta em variações na espessura da parede da fibra. A parede da fibra é normalmente mais espessa para valores altos de pH e se contrai à medida que ocorre a redução de pH.

macromecanismo A lavagem em nível macro consiste em métodos de remoção do licor preto da suspensão, o qual pode ser feito por extração ou deslocamento.

a) Extração Extração é o processo composto por um estágio de diluição/mistura e um estágio de remoção de licor.

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É um mecanismo especial empregado onde um líquido desejado é separado de uma fase sólida com o mínimo de diluição. O ideal é que o fluxo penetre e todo o líquido da manta seja deslocado quando se adiciona uma quantidade de líquido igual ao volume de líquido original.

4.2.3 Variáveis do processo Os fatores e as variáveis operacionais que afetam a eficiência da lavagem da pasta são indicados na tabela 1, entre eles, os fatores

mais importantes são: características da polpa, taxa de drenabilidade da polpa(oSR), taxa de alimentação específica, o fator de diluição e a quantidade de ar presente na pasta e que provoca espuma. (19)

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b) Deslocamento

Quando se fala das características da polpa vincula-se automaticamente ao: 

ao tipo e/ou espécie de madeira (coníferas ou folhosas);



ao processo de polpação (alcalina ou ácida);



à quantidade e concentração do licor de cozimento;



no Kappa.

155 Tabela 1 - Fatores e variáveis operacionais que influem na eficiência do deslocamento de sólidos na lavagem da polpa processo de polpação

CARACTERíSTICAS DA POLPA

índice de drenabilidade espécie de madeira

LICOR (ÁGuA) PARA OS CHuvEIROS FORmAçÃO E ESPESSuRA DA mANTA DE POLPA

temperatura distribuição modo de aplicação taxa de alimentação específica consistência na tina velocidade de rotação fator de diluição temperatura da polpa

vARIÁvEIS OPERACIONAIS

ar presente na polpa teor de sólidos no licor

incrustação na tela

(Fonte: Smook, 1990, p.96)

SENAI - CETCEP

malha da tela

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Em relação ao grau de deslignificação (no Kappa) podem ser classificados em: 



polpas que serão branqueadas (Kappa baixo): 

folhosas = Kappa de 12 a 18;



coníferas = Kappa de 23 a 35;

polpas não branqueadas (Kappa médio ou alto).

O fato de conhecermos o grau de deslignificação da polpa nos leva a considerar a quantidade de lignina dissolvida presente na polpa a ser lavada (para fins de cálculo, o valor de lignina residual obtém-se, aproximadamente, através do produto 0.15 x n. o Kappa).

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do mesmo proporciona melhoria na eficiência, entretanto, deve-se considerar,do ponto de vista econômico, uma consequente sobrecarga para a evaporação, ou seja, um aumento da diluição do licor fraco (Figura 4).

Figura 4 - Influências do fator de diluição (Fonte: Mokfienski, 2001)

Esse termo é expresso como segue:

A taxa de alimentação específica é geralmente medida em toneladas de pasta seca por dia por metro quadrado da superfície do tambor (t.p.s.d/m2).

A polpa fluida que entra no sistema de lavagem tem uma concentração mais alta de sólidos no licor do que quando ela sai do sistema. A redução de concentração de sólidos no sistema é efetuada pela adição de licor que contém uma concentração de sólidos mais baixa.

A quantidade de líquidos adicionada ao sistema é expressa normalmente como Fator de Diluição (DF ou FD). Esse fator é definido como a quantidade de licor em excesso aplicado pelos chuveiros, sobre a manta de polpa sobre a quantidade de licor que é descarregada com a manta saindo do lavador. (16) É expresso em

SENAI - CETCEP

toneladas de água por tonelada de pasta seca.

Esse fator é uma medida direta da água que é adicionada ao sistema de licor. Um aumento

DF = Ws - W

Onde: DF = ton de água adicionada/ton. de pasta seca (fator de diluição) Ws = unidade de peso de licor aplicado pelos chuveiros (kg) por unidade de peso de polpa absolutamente seca (kg), W = unidade de peso de licor descarregado com a manta por unidade de peso da polpa absolutamente seca.

A redução de sólidos dissolvidos pelo equipamento de lavagem é definida, geralmente, como Taxa de Deslocamento (DR), que é comparada com a redução máxima possível assumindo um fluxo laminar perfeito de licor através da manta de polpa.(16)

DR = SV - Sd SV - SS Onde: DR = taxa de deslocamento Sv = concentração de sólidos do licor na pasta que entra no lavador Sd = concentração de sólidos do licor na pasta

que deixa o lavador

Ss = concentração de sólidos no licor de lavagem (chuveiros) Além do deslocamento de sólidos, ocorre desaguamento, calculado como: (18)

FE = Ue - Us Ue

Onde: FE = fator de espessamento U = kg de licor por kg de pasta, e os subíndices e = entrada no sistema s = saída do sistema Nota:

U = 100 - consistência (%) consistência (%)

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Na prática geralmente esta eficiência é determinada pela medição da condutividade por ser diretamente proporcional à quantidade de sólidos dissolvidos no licor, além de ser um processo rápido e prático. A condutividade é medida nos filtrados usados como licor de lavagem, na tina e na manta.

Os inconvenientes de uma lavagem incompleta resultam num aumento nas perdas de produtos químicos utilizados no cozimento.

Os produtos retidos na polpa após o último estágio de lavagem devem ser repostos no sistema de recuperação. Essa perda normalmente é compensada com a reposição de sulfato de sódio e quantificada como quilos de sulfato de sódio por tonelada de polpa seca.

Pode ser observado que quando a água é empregada para lavagem (geralmente no último estágio) Ss é igual a zero.

157

A eficiência global da remoção dos sólidos dissolvidos é calculada por: (16)

Eficiência (%) = {DF + (1 - DF) DR} X 100 Eficiência (%) = {FE + (1 - FE) DR} X 100

A taxa de deslocamento se refere somente aos sólidos solúveis, isto é,aqueles que podem ser removidos pela lavagem atual. No estágio de lavagem marrom, existem também sólidos que não podem ser removidos somente por lavagem.

Esses são compostos de sódio e são conhecidos como soda ligada (bound), fixa ou sorvida.

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Esse termo é expresso pela equação: (18)

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4.2.4 Equipamentos A lavagem pode ser dividida em dois princípios básicos:(18) 

diluição com um líquido e subsequente engrossamento;



deslocamento do licor livre na polpa através de licor de lavagem.

Em ambos os casos somente o licor livre, adjacente à fibra, pode ser trocado por licor limpo. O licor dentro da fibra pode tornar-se limpo somente por difusão de material para o licor livre adjacente.

158

Antigamente a polpa era automaticamente limpa de impurezas solúveis através de repetidas operações de diluição e engrossamento, onde os solúveis eram conduzidos ao fundo do recipiente até um dreno. Isso, entretanto, nos dias de hoje está tornando-se inaceitável por dois fatores:

impacto ambiental e economia. O licor de lavagem tem um valor, devido ao seu conteúdo de químicos e às substâncias orgânicas como combustíveis.(17) O interesse da operação de lavagem e do sistema de lavagem baseia-se na necessidade de conseguir o máximo de licor de lavagem, com um mínimo fator de diluição. Com o aumento do fator de diluição aumentará o volume a ser manuseado e, dessa maneira, o tamanho de equipamento de recuperação a ser instalado aumentará e,consequentemente,o investimento e custos operacionais.

Mais tarde foram introduzidos os filtros rotativos a vácuo, em sistema contínuo de produção. A lavagem é efetuada nesses filtros ligados em série, em número de 2, 3 ou mais unidades, operando o sistema em contracorrente (Figura 5), isso é, introduzir a água de lavagem no último filtro e utilizar o filtrado do último como licor de lavagem no filtro anterior.(18) O filtrado do primeiro filtro possui

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Figura 5 - Sistema de lavagem com filtros rotativos (Fonte:Rogers,1996, p.32)

Fabricação de Celulose Figura 6 - Diluição, agitação e extração (Fonte: Lima,1988, p.406)

física aplicada. A manta de polpa com licor forte é suportada em um meio filtrante tal como uma chapa perfurada ou uma tela. A combinação diluição-agitação-extração pode ser efetuada a baixa ou alta consistência.

As máquinas comerciais utilizam algumas ou todas essas operações. A polpa não lavada é diluída com licor mais fraco e agitada para promover e acelerar a verdadeira difusão entre

Em todos os tipos de filtração, a mistura ou pasta flui como resultado de uma força atuante, por exemplo, gravidade, pressão, vácuo ou força centrífuga (14). Em cada caso, o meio filtrante

o licor mais forte que entra com a polpa e o licor mais fraco que entra pela recirculação do filtrado proveniente do próximo estágio,a fim de estabelecer um estado de equilíbrio que resulta em um licor tendo um conteúdo de sólidos dissolvidos mais fraco que o licor forte que acompanha a polpa. Porém mais forte que o licor do estágio subsequente. O licor misturado é, então, extraído sob pressão pelo diferencial de pressão da gravidade, vácuo ou pressão

suporta as partículas como manta porosa. Essa manta, suportada pelo meio filtrante, retém as partículas sólidas da mistura que se forma em camadas sucessivas à manta inicial, enquanto o filtrado passa através da manta e do meio filtrante. Os diversos procedimentos utilizados para a criação da força atuante sobre o fluido, os diferentes métodos de deposição, retirada da manta e os diversos meios de retirada do filtrado resultam em uma grande variedade de equipamentos de filtragem. Em geral, os equipamentos são classificados de acordo com a natureza da força de atuação.

15

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concentração mais elevada e será enviado para os evaporadores. A operação consiste de quatro etapas separadas que são: (18)diluição, agitação, extração e deslocamento (Figura 6). A fase deslocamento não está indicada nessa Figura.

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Os sistemas de lavagem podem ser:(14) 

filtros rotativos: a vácuo e pressurizado;



difusores: atmosféricos e pressurizados.



lavador horizontal (mesa plana);



prensa de lavagem;



prensa de diluição e extração;



diluição-extração (lavagem Hi-heat).

Filtros rotativos a vácuo

160

Os filtros lavadores são tambores rotativos revestidos de uma tela metálica ou de fio sintético mergulhado numa tina que recebe massa, já diluída, para ser lavada.(19) O filtro de lavagem pode ter várias regiões ou seções de lavagem, de modo que numa única operação a polpa pode ser lavada com licor preto e água quente limpa sucessivamente. Quanto maior for o número de deslocamentos e diluições melhor será a eficiência da lavagem.(7) A lavagem em um filtro inclui a combinação de duas operações: 

deslocamento sucessivo;



diluições sucessivas com espaço neutro.

SENAI - CETCEP

No sistema contracorrente, a água para lavagem do segundo estágio é a que foi usada no terceiro estágio e a do primeiro estágio é a que vem do segundo. A polpa é diluída entre um estágio e outro,assegurando,assim,a formação de película uniforme no próximo filtro.

Os filtros rotativos a vácuo são divididos em várias seções, como mostra a Figura 7. As seções de A até F são as de formação da manta, o vácuo força o licor do tanque a passar pela tela da superfície do tambor,sobre a qual a pasta forma uma manta. Nas seções G e H ocorre a sucção do excesso de licor que tenha ficado na manta. Nas seções I, J e L despeja-se água ou licor preto diluído sobre a manta e o vácuo succiona o líquido. Nas seções M, N e O se aplica um vácuo mais forte para sugar da manta o excesso de água de lavagem. As seções P e Q não têm vácuo que pressione a manta contra

Sentido de rotação

Licor de lavagem

Figura 7 - Filtro rotativo a vácuo (Fonte: Lima, 1988,p.407)

o tambor, pode-se, ainda, aplicar ar comprimido ou vapor para ajudar na separação da manta do tambor. Saindo do lavador, a manta desfeita passa ao lavador seguinte, onde se repetem as mesmas etapas já descritas.(12) Embora um mecanismo de deslocamento seja usado (como mostra a Figura 8), a eficiência média de deslocamento para um único estágio raramente ultrapassa 80%(19).

Consequentemente, três a quatro estágios são requeridos para se obter uma remoção

Fabricação de Celulose Figura 8 - Ilustração do princípio de deslocamento ocorrido no lavador rotativo (Fonte: Smook, 1990, p.98)

satisfatória (na faixa de 95 a 99%) dos sólidos laváveis do licor. Uma pequena parcela do hidróxido de sódio está quimicamente ligada à fibra da pasta sulfato e não pode ser recuperada pelos métodos convencionais de lavagem.

é altamente floculada. Se o flóculo permanece intacto após a diluição da massa para mais ou menos 1% de consistência, pode acontecer que algum licor seja carregado pelo flóculo através da caixa de entrada no interior da manta.

O rendimento total de um estágio de lavagem a vácuo é aumentado por:

Dessa forma aparece na zona de deslocamento da manta um licor mais forte do que aconteceria se os flóculos fossem misturados com o licor de diluição.



diminuição da consistência de entrada;



obtenção de um deslocamento melhor pelo líquido de lavagem na folha (a proporção do deslocamento);



aumento da consistência de descarga.

161

Para melhor formação da manta e máxima distribuição de sólidos dissolvidos antes de sua extração, é conveniente uma agitação violenta da massa.

Condições que afetam o rendimento a) Equilíbrio de polpa e sólidos dissolvidos A massa que chega do tanque de descarga (blow tank) numa consistência entre 3,5 a 5%

Deve ser a mais uniforme possível, se a consistência na tina for alta ou variar consideravelmente, a película formada será mais grossa, fina ou irregular, reduzindo os efeitos da lavagem.(14)

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b) Consistência de entrada da massa

Fabricação de Celulose

Uma consistência mais baixa na caixa de entrada do lavador ou máxima diluição com filtrado fraco e recirculado abaixa a concentração dos sólidos dissolvidos na manta por ocasião da extração.

A formação da manta é intensificada com uma baixa consistência da massa na entrada do lavador, fato semelhante na fabricação do papel. Quanto mais baixa a concentração de sólidos na lixívia que vai para a zona de deslocamento, tanto mais eficiente será sua remoção.

A consistência de entrada da massa de qualquer filtro de lavagem é uma função do grau de escoamento da polpa,em geral varia de 1 a 1,5% e da saída em 10 a 12 % . (18)

c) Velocidade do tambor 162

A velocidade excessiva do tambor contribui negativamente para a eficiência da lavagem, todos os filtros, de um modo geral, possuem velocidade variável, permitindo ajustes de modo a obter uma película de espessura desejada.A película,por sua vez, deve ser compatível com a capacidade de drenagem do filtro, uma película muito espessa é mais difícil de lavar, enquanto uma muito fina deixa passar grande quantidade de ar filtrado causando maior volume de espuma. A velocidade utilizada em média varia de 1 a 5 rpm.(18)

demasiadamente alto e provoca um efeito prejudicial à lavagem da polpa, devendo ser eliminado para se ter bons resultados, pois diminuem a eficiência da lavagem, impedem a livre passagem do licor e/ou água de lavagem dificultando a difusão, além de canalizar o fluxo de água evitando que ela entre em contato com todas as fibras, pois as pequenas bolhas de ar atuam como se fossem sólidos em suspensão.(7) Pode-se dizer que um volume de 1% de ar finamente disperso na massa diluída, entrando num lavador de celulose Kraft, tem o mesmo efeito para o grau de escoamento, equivalente ao aumento de 1% da quantidade por peso da polpa.

Tanques de lixívia, com desenho adequado, desempenham um importante papel num sistema eficiente de lavagem. Eles proporcionam tempo suficiente na retenção para o ar poder subir à superfície do licor no ponto onde tem o movimento relativamente mais calmo. O tempo necessário para que o licor se apresente “isento de ar” depende de três variáveis: 

quantidade e tamanho das bolhas de ar;



temperatura e/ou viscosidade do licor;



a tenacidade (resistência) da película que envolve a bolha.

e) Antiespumante d) Ar na massa

SENAI - CETCEP

A presença de ar na forma de bolhas, finamente dispersa entre as fibras, se da devido ao vácuo

É um produto que foi desenvolvido para eliminar gás contido na pasta e aumentar a drenagem nos lavadores. O antiespumante tem boa afinidade



pasta mais limpa;



maior percentual de sólido no licor preto;

Produtos antiespumantes baixam a resistência da película e permitem a formação de bolhas grandes e pequenas, dando às grandes uma maior flutuabilidade e uma força ascensorial mais rápida.



menor quantidade de sulfato de sódio por tonelada de celulose.

Produtos antiespumantes (também chamados “aditivos de filtragem”) algumas vezes rompem as bolhas de ar no bolo formado e permitem a passagem do ar através da massa de celulose, sem retardar a filtragem ou o deslocamento por água de lavagem.(7) Ao eliminar o ar da pasta, o antiespumante aumenta a velocidade de drenagem,abaixando, assim, o nível do tanque de lixívia preta. O aumento da consistência da manta que está sendo lavada permite que o filtro lavador trabalhe com velocidades mais baixas com maiores volumes de filtrado, melhorando assim, a lavagem por depuração,produzindo uma pasta mais seca e mais limpa no último estágio,com um filtrado contendo menor quantidade de sólidos dissolvidos.

Com o uso de antiespumante é possível obter as seguintes vantagens: (7) 

maior produção;



menor custo de branqueamento;



operação mais eficiente do lavador;

O antiespumante pode ser aplicado nos tanques, chuveiros ou nas diluições dos repolpadores com auxílio de bombas dosadoras. As dosagens do antiespumante dependem da produção e capacidade dos equipamentos ou tanques, em geral para as coníferas 1,5 a 2 % e para as folhosas de 0,5 a 1,0 % .

f) Lavagem de celulose de coníferas e folhosas

O licor da celulose de coníferas é mais viscoso e contém maior quantidade de sabão, é mais difícil para remover que o licor da celulose de folhosas, pois esse último tem menor quantidade de sabão e/ou resinas saponificadas e é formado por moléculas de menor tamanho.

163

Podem-se obter resultados altamente negativos em relação à lavagem ou capacidade de lavagem do equipamento projetado quando se une licor de folhosas, que tem um fator de escoamento ligeiramente menor, com o licor de coníferas.

Quando se trabalha com ambas, para que haja uma maior eficiência, devem ser separadas as duas polpas e os dois licores até mesmo nos sistemas de controle de espuma e diluição no digestor.

SENAI - CETCEP

Usando-se antiespumantes pode-se trabalhar com tempos de retenção menores (menores tanques de filtrado).

Fabricação de Celulose

pela face fibrosa na lavagem da pasta, fazendo com que o produto permaneça na pasta durante os vários estágios de lavagem. (7)

Fabricação de Celulose

O licor de celulose de coníferas (em qualquer quantidade) deve ser mantido afastado do sistema de celulose de folhosas,a fim de permitir uma máxima eficiência na lavagem da celulose de folhosas.

g) Zona de deslocamento

Os dois primeiros elementos de lavagem a vácuo são diluição e extração, e o terceiro é deslocamento.(16)

164

A eficiência do deslocamento é expressa pelo termo: “Proporção de deslocamento”, que é a proporção da quantidade de deslocamento obtido para a quantidade máxima de deslocamento que poderia ser obtida.

O deslocamento máximo é obtido quando a concentração do licor remanescente na folha tem a mesma concentração do licor usado nos chuveiros de lavagem.

A proporção de deslocamento é uma função do fator de diluição e, com a relação entre os dois, forma uma curva relativamente plana, tornandose evidente que uma lavagem em excesso num setor da folha não compensa uma lavagem insuficiente em outro setor da mesma folha.

Esse fato estabelece a regra fundamental para a lavagem de deslocamento, isto é, cada fibra individual e cada porção de fibra devem receber sua parte de água de lavagem, a fim de manter uma boa remoção dos sólidos em cada fator da diluição.

h) Chuveiros de lavagem

A distribuição de água nos chuveiros é feita através de bicos que devem assegurar uma distribuição de água uniforme, formando uma cortina de água.

O número de tubos de chuveiros que podem ser usados para a aplicação da água de lavagem ou licor são limitados pelo próprio diâmetro do filtro lavador. Normalmente são usados cinco chuveiros de lavagem. Os filtros lavadores modernos, com diâmetros de 3,5 a 4 m, comportam mais tubos e eles podem ser melhor distribuídos; oito pode ser considerado o número máximo.(18) Nos lavadores de celulose crua há sempre o perigo de que fibras ou corpos estranhos no licor preto entupam qualquer tipo de chuveiro. A importância de se ter uma distribuição de água, em toda a largura do lavador, cria a necessidade de se escolher bicos de chuveiros com desenho adequado, permitindo um bom padrão de distribuição, bem como a disposição técnica, que deve permitir uma limpeza durante o trabalho da máquina, sem interrupção da produção.

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Os bicos em forma de apito são simples e satisfazem essas necessidades. O tamanho dos chuveiros deve ser muito bem escolhido, a fim de se poder alcançar uma perfeita pulverização.

Velocidade excessiva de água de lavagem destrói a folha formada e pode, igualmente, causar espuma, velocidade insuficiente causa aplicação da água somente em alguns locais da folha, não (18) obtendo uma perfeita distribuição dela.

A calha lavadora despeja o líquido por cima de um vertedouro, assim, os chuveiros tipo vertedouro são colocados normalmente na zona superior de deslocamento da folha e a água ou licor de lavagem é adicionado por chuveiros de tubos na zona inferior.

Uma boa lavagem requer, independentemente do tipo de chuveiro, uma distribuição uniforme do líquido de deslocamento. Os bicos dos chuveiros devem ser mantidos limpos e as calhas vertedouras igualmente limpas e em nível.



temperatura mínima, sem perda da proporção de deslocamento, 52 °C;



consistências máximas de descarga do bolo podem ser obtidas em qualquer ponto entre 52 e 82 °C;



água de lavagem quente demais provoca um intumescimento da manta, deixando-a pouco densa.

A temperatura de lavagem é normalmente ajustada por um processo simples, isto é, dá-se palmadas com a mão enluvada na folha, na zona de secagem, se a folha apresentar-se mole e espirrar água, a temperatura está alta demais. Se a folha estiver muito rígida então a água está fria demais. Deve ser obtido um estado intermediário entre os dois extremos. Obtêm-se, então, penetração máxima, deslocamento e consistência de descarga à temperatura adequada para aquela celulose e licor específicos.

Fabricação de Celulose

Chuveiros em forma de vertedouro são mais usados porque um vertedouro pode aplicar uma quantidade de água ou de licor maior no mesmo espaço que um chuveiro de tubos. O vertedouro despeja sempre a água e o licor mais suavemente sobre a folha formada. Mas o mais importante é a distribuição uniforme do líquido de lavagem através da largura da folha.

165

i) Temperatura da água de lavagem

Cada sistema de lavagem estabelece uma temperatura que proporciona uma ótima penetração e consistência de descarga mais alta, tais como: 

temperatura máxima para polpa de coníferas, 75 °C;



temperatura máxima para polpa de folhosas, 82 °C;

j) Efeito do vácuo na consistência

O vácuo resulta da quantidade de ar puxado através da folha quando ela circunda o cilindro. Em muitos casos uma folha rija (em geral folha com baixa espessura) provoca um maior vácuo, veda as fibras na tela e descarrega com baixa consistência (nesse caso a remoção de água foi mínima). Por outro lado, uma folha fofa (mais espessa) pode deixar passar muito ar e descarregar com uma consistência maior. O vácuo gira em torno de 7 a 10 polegadas de Hg. (18) SENAI - CETCEP

O aumento da temperatura da água dos chuveiros melhora a drenagem e a diluição dos sólidos, contribuindo consequentemente para maior eficiência da lavagem.(18)

Fabricação de Celulose

k) Escoamento da massa

O escoamento da massa na entrada do filtro é um fator de grande importância na operação do filtro, pois irá indicar a capacidade de drenagem e consequentemente a capacidade da unidade.

l) Limpeza da tela

A limpeza apropriada da tela é importante para uma ótima operação do filtro. Todos os filtros são equipados com chuveiros para limpeza da tela, e estes chuveiros podem ser fixos ou oscilantes.

166

O tipo fixo é usado com uma massa de escoamento livre contendo fibras extremamente longas, que estão livres de materiais que possam entupir a tela. O chuveiro tipo oscilante é usado para massa que possa entupir a tela, como pasta mecânica.

Outro cuidado que se deve ter é com as telas de revestimento dos filtros, que geralmente são de aço inox, devendo ser tratadas com muito cuidado, principalmente quando há formação de pré-camada, correndo-se o risco de rasgar a tela ocasionando longas paradas de produção.

Quando há formação de pré-camada devese lavar com água. Durante as paradas do processo,não se permite a secagem de fibras na superfície da tela, bem como lavar com solventes orgânicos apropriados, geralmente terebintina quando as malhas da tela forem obstruídas com resinas provenientes da polpa. Também não esquecer de fazer inspeção na tela verificando

a existência de furos, remendando-a (quando possível) para evitar a perda excessiva de fibras, já que estas podem até obstruir tubulações.

Os filtros lavadores a vácuo ainda constituem o sistema geralmente utilizado na maioria das fábricas. Rolos de pressão também foram aplicados nos estágios finais dos lavadores, baseando-se na idéia de que a consistência poderia estar diretamente relacionada à perda de licor, mas aparentemente isso não deu resultado, pois verificou-se que a compressão posterior demonstrou que os rolos de pressão removem a água solta na folha sem remover o licor que está próximo à fibra que contém a maior quantidade de sólidos, além do que a folha de celulose crua é macia e suporta somente uma pressão baixa, sem esmagamento.

Ocorrem, igualmente, problemas com as telas finas do filtro (são frágeis) quando aplicados rolos de pressão. Por isso a maior parte dessas aplicações de rolos de pressão foi abandonada nos estágios finais.

Contudo, rolos de pressão têm seu lugar na lavagem de polpa. Eles foram colocados em lavadores sobrecarregados no intuito de manter-se um nível razoável nas tinas. Os rolos de pressão são, normalmente, adicionados gradativamente ao primeiro estágio de lavagem e, depois, ao segundo, etc., devendo ser avaliados os resultados entre os estágios.

De acordo com o que foi citado acima, os rolos de pressão não são recomendados para o estágio final de lavagem, porque o objetivo não é especificamente o de obter-se consistências mais altas de estocagem com os rolos de

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Fabricação de Celulose

pressão, mas sim o de expelir o ar para fora da manta visando aumentar a velocidade de escoamento nos estágios subsequentes, obtendo-se, assim, uma maior capacidade de lavagem ou maior eficiência.

Sumarizando, os principais problemas operacionais em filtro lavador a vácuo são:(13) sobrecarga (ton polpa/dia.m²);



drenabilidade da polpa;



ar na massa;



distribuição da polpa na bacia do lavador;



temperatura da água;



falta de pressão (perda de vácuo);



tiragem da manta na raspa;



transbordamento de polpa na bacia;



variações na eficiência de lavagem;



entupimento da superfície filtrante.

Filtros pressurizados (Rauma-Repola, ImPCO, Ahlström)

Esse filtro constitui-se de um tambor, dividido em diversos estágios de lavagem separados por lâminas de estanqueidade fixas. Essas lâminas estão em contato com separadores rotativos. O princípio de funcionamento é mostrado na Figura 9.

A instalação de um sistema pressurizado dentro da capota cria um diferencial de pressão necessário para formar a manta de pasta, desaguar e deslocar o licor.(11)

Figura 9 - Princípio de operação do lavador pressurizado (modelo Pro feed) (Fonte: Perkins, 1983,p.289)

Um só tambor pode ter de 3 a 4 estágios de lavagem (Figura 10). A polpa é alimentada em uma zona de formação a uma pressão de 0,3 a 0,8 bar e a uma consistência de 3 a 10%.

Devido à pressão, a manta fica espessa sobre a superfície do tambor perfurado e o líquido passa através da chapa perfurada. A manta se forma a uma espessura constante, sendo todos os compartimentos enchidos até a altura dos separadores. A consistência de descarga é de 10 a 12%.(12) Os filtros pressurizados diferem dos lavadores convencionais, principalmente pelo fato da pressão diferencial necessária para extração do licor ser obtida na parte externa da face do tambor, ao contrário dos lavadores a vácuo. No caso de um filtro pressurizado, a tina, a cobertura e o tambor são selados de maneira a se conseguir pressurizar o espaço vazio ao redor do tambor.(18) No entanto, todas as funções de um filtro lavador são efetuadas, ou seja, a formação

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

Fabricação de Celulose Figura 10 - Fluxograma compreendendo dois lavadores pressurizados com três estágios cada um (Fonte: Smook, 1980, p.102)

da manta, extração, deslocamento de licor por chuveiros, extração e tiragem da manta.

168

Uma outra diferença importante nos filtros pressurizados é a ausência de canaletas abaixo da face do tambor. O licor cai diretamente no interior do tambor e é removido através de uma saída hidraulicamente selada.

Um soprador retira o ar da seção do repolpador, aumenta a respectiva pressão e reintroduz esse ar na cobertura do tambor que é selada. A formação da manta é feita na seção estática do fundo. A extração do licor da manta, o deslocamento do licor dos chuveiros, bem como a extração, são proporcionadas pela sobre-pressão.(14)

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Para selar a zona pressurizada vazia do filtro do lado de descarga, é colocado um rolo de prensagem liso na parte superior, anterior à tiragem do raspador. Esse rolo superior também tem barra de selagem.(16)

O ar que passa através da manta para dentro do tambor levanta a manta do tambor, facilitando o trabalho do raspador.

Apesar desse tipo de filtro não ter as tradicionais canaletas dos filtros a vácuo, pode ser equipado com coletores ou bandejas estacionárias dentro do tambor, de maneira a coletar o licor de zonas diferentes, podendo uma única unidade funcionar como um lavador de múltiplos estágios.(16) Esse sistema tem duas vantagens em relação ao sistema a vácuo convencional, que são o arranjo interno do rolo do filtro, que é mais simples, possibilitando a instalação de coletores de licor que permitem operar um filtro como um sistema de multiestágios e a operação de lavagem pode ser realizada em um ambiente mais quente, melhorando as propriedades filtrantes da polpa.

a) Filtro IMPCO Compaction Baffle (filtro de chicana compactadora) Esse lavador é um filtro de tambor pressurizado (Figura 11) que consegue uma alta capacidade usando uma alta consistência de alimentação e opera a uma elevada velocidade. Isso resulta em uma máquina compacta requerendo muito menos espaço de prédio que um filtro convencional a vácuo ou filtro pressurizado.

Fabricação de Celulose

A massa é alimentada a 4% de consistência em uma câmara de entrada convergente cônica, que produz uma pressão e fluxo constante através de toda a largura da máquina. A massa passa através de uma lâmina de desfloculação autolimpadora que, em combinação com a câmara de entrada cônica, produz uma folha de formação uniforme que é importante para a alta eficiência de lavagem da polpa. (18) A massa entra na máquina no sentido da corrente em relação à rotação do cilindro e forma uma manta sobre o tambor rotativo.

Essa manta de polpa é, então, comprimida ou compactada entre o Compaction Baffle (chicana de compactação) e o tambor rotativo a uma consistência final que é tipicamente de 16 a 18%.(7)

Figura 11 - Filtro Impco Compaction Baffle (Fonte: Dence, 1996,p.578)

169

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Estas vantagens permitem que o sistema pressurizado opere com um número menor de unidades individualizadas, apesar de ter um número grande de estágios e com menor fator de diluição em função da melhor lavagem, devido ao aumento de temperatura da água de lavagem.(12)

Fabricação de Celulose 170

O baffle é pressionado contra a manta de polpa pela pressão diferencial ao longo do baffle e pela carga concentrada adicional aplicada à aresta do baffle pelo atuador do mesmo. Essa ação de prensagem retira o licor mais sujo da polpa antes da aplicação do licor de lavagem.

O licor de lavagem é bombeado para a piscina de lavagem através de um fluxo de passagem que impede a sedimentação de fibras no fundo da tina.

Uma chicana de exclusão (excluder baffle) confina a massa à piscina de lavagem de forma que é redepositada na manta e levada à descarga. A piscina é mantida a um nível constante controlado pela velocidade do tambor. A pressão interna da capota sobre a piscina de lavagem oferece uma força de atuação para o deslocamento e, precedida pela compactação da polpa, assegura uma alta eficiência de deslocamento. A piscina de lavagem reduz, grandemente, a espuma gerada pelos chuveiros tipo de pulverização, eliminando o arraste de ar na manta de polpa e é um deslocamento de fluxo laminar contínuo.(18) A manta de polpa emerge da piscina e é levada ao topo do tambor para a descarga. Um tempo limitado de secagem em uma zona de vapor pressurizado no topo do tambor aumenta a consistência da descarga. Essa zona de secagem não permite ao ar atravessar a manta e se misturar ao filtrado. Isso é conseguido por uma válvula com tempo regulado para um corte antecipado da pressão diferencial. A polpa descarregada está a uma consistência normal de 14 a 16%.

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O destacador a ar é um meio confiável de descarregar a folha da máquina e, ao mesmo tempo, produz uma ação de limpeza da superfície do tambor. (18)

Um chuveiro de limpeza, de baixo fluxo de limpeza do tambor, limpa a cobertura de quaisquer fibras que ele tenha levado após o destacador, de forma que a cobertura está sempre limpa antes da zona de formação.

A superfície de drenagem é constituída de uma chapa de aço inoxidável com furos finos com venezianas reumedecedoras integralmente fixadas para eliminar o reumedecimento da folha com o licor dos canais.(15) O filtro Compaction Baflle tem não somente melhor eficiência de lavagem, mas também menor consumo de energia devido, a sua elevada consistência de alimentação (4%) e a sua instalação de baixa altura. (18)

b) Drum Displacer Washer (Ahlström)

A circulação dos líquidos de lavagem em circuitos, cada vez mais longos no processo, resulta em um conteúdo mais alto de sólidos secos nos líquidos de lavagem, sob temperaturas mais altas em todos os estágios de lavagem e tendendo ao acúmulo de espuma nos filtrados. Quanto mais fechado o processo, maiores as quantidades de impurezas com as quais é preciso trabalhar no processo de lavagem. Devido a essa necessidade aumentaram as exigências.

O lavador Drum Displacer Washer satisfaz muito bem essas exigências. O DD washer consiste num cilindro rotativo em aço inox envolvido por uma câmara pressurizada (Figura 12).

Esse lavador permite realizar 04 estágios de lavagem em uma única unidade. O conjunto é

Figura 12 Andritz,2005)

DD

Wa s h e r ( Fo n t e :

totalmente fechado, permitindo operar sob alta temperatura sem preocupar-se com emissões gasosas. A lavagem ocorre sem diluições e engrossamentos, tais como nos filtros a vácuo, e os filtrados e a polpa não entram em contato com o ar. Os filtrados resultantes dos estágios de lavagens são segregados, aqueles de menor teor de sólidos são reutilizados no processo e aqueles de maior teor de sólidos são retirados e conduzidos para um tanque de filtrado.

Características do lavador:(2) 

é compacto;



possui eficiência similar ao difusor atmosférico e pressurizado;



é fechado;



de fácil instalação;



opera com consistências de entrada em torno de 3 a 10 %;



operam com temperaturas elevadas ( T = 90 a 100 oC );



capacidade de filtração de 600 ADMT/dia.

Fabricação de Celulose

Quando opera com baixas consistências, a polpa é bombeada para a caixa de alimentação, onde a sua consistência nos compartimentos localizados na superfície do tambor é elevada de imediato para 10 %. Após essa etapa a polpa é levada sobre o elemento de selagem transversal ao primeiro estágio de deslocamento.

Quando o elemento de selagem encontra a manta de polpa, a sua superfície é nivelada com o nível do compartimento. Após o elemento de selagem,o líquido entre a camisa do tambor e a superfície da manta desloca o líquido interno da manta fibrosa (licor negro) para o canal central do tambor cilíndrico com o auxílio da pressão positiva. Quando a polpa se movimenta na área de lavagem, a contaminação do líquido de lavagem diminui, graças às seções da área de lavagem (7). Cada área de lavagem termina com o elemento de selagem, tendo início o estágio de lavagem seguinte. Após o último estágio forma-se vácuo sob a manta, com o excesso de água sendo sugado dos canais do tambor e da manta, com isso ocorre o aumento da consistência da manta (Figura 13). Embora a lavagem ocorra em um único tambor, uma única unidade caracteriza-se como uma planta de lavagem completa. Como não existem tanques de filtrado ou de polpa entre os estágios da lavagem, as retenções no lavador limitam-se àquelas causadas pela tubulação e pela velocidade de rotação do tambor. Graças ao curto tempo de retenção, o tempo de partida do lavador é bastante reduzido.

171

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Descrição da operação

Fabricação de Celulose 1234-

Formação da manta Lavagem primária Lavagem secundária Descarga da polpa

Figura 13 – DD Washer(Fonte: Dence, 1996,p.578)

Difusores (Kvaerner, Ahlstrom & Kamyr)

172

a) Difusores Atmosféricos

Os difusores foram introduzidos por volta de 1968, no Canadá e na Suécia, pela empresa Kamyr; e desde então têm sido utilizados nas novas instalações acopladas a digestores contínuos.

A empresa Kamyr desenvolveu um lavador de difusão contínua que se ajusta tanto a tanque de descarga, torre de branqueamento, quanto a outros recipientes cilíndricos. Mais recentemente foram desenvolvidos difusores em dois ou até três estágios.

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O difusor contínuo é utilizado geralmente como um complemento da lavagem hi-heat no interior do digestor contínuo. As unidades consistem em uma série de peneiras duplas e concêntricas, que oscilam no sentido vertical, com bicos de distribuição entre as peneiras(12). O

conjunto de peneiras é montado sobre cilindros hidráulicos, sendo que as peneiras internas desse equipamento têm um movimento de subida e descida. As peneiras movem-se para cima vagarosamente, com tempo regulável de acordo com a produção – tempo este de 48 até 100 segundos -, percorrendo cerca de 150 a 220 mm, com a velocidade em torno de 15% a mais que ao fluxo da polpa (Figura 14 e 15).

Ao final desse movimento ascendente, há uma breve parada na posição superior para limpeza dos furos das peneiras e segue-se a descida brusca em torno de 0,6 segundos.

A Figura 16 mostra um esquema do sistema de peneiras de um lavador Kamyr por difusão, a água de lavagem é introduzida através de bicos de distribuição rotativos. O licor descarregado é recolhido através das peneiras e flui para os braços de drenagem. O licor de lavagem é adicionado através dos bicos e o licor deslocado é extraído através das peneiras.

Fabricação de Celulose Figura 15 - Esquema interno da seção transversal de um lavador difusor (Fonte: Smook,1990,p.100)

Descrição do funcionamento: A transferência da polpa para o digestor ocorre sob a mesma pressão do digestor contínuo,em torno de 10 a 13 Kg/cm² a 10% de consistência.

A polpa entra na parte inferior da carcaça do difusor, a qual apresenta um formato cônico, com o intuito de assegurar uma distribuição uniforme

173

O licor é adicionado através de bocais de lavagem (Figura 17), que são verticalmente assentados no raspador de descarga e giram entre os anéis. O licor é deslocado através da celulose em direção a ambos os lados, côncavos

Figura 16 - Princípios de lavagem (Fonte: Andritz,2005)

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Figura 14 - Difusor atmosférico (Fonte: Smook,1990,p.100)

da celulose em toda a superfície coberta pelos anéis da peneira (Figura 16). Quando a celulose alcança as peneiras,ela continua o movimento ascendente entre os anéis até o topo do difusor, onde é transferida para a alha de descarga, em sentido descendente, para a torre de estocagem.(16)

Fabricação de Celulose 174

e convexos, dos anéis. O licor deslocado, o filtrado, que é coletado pelas peneiras, flui através dos braços de drenagem até um anel coletor, no lado de fora do difusor, e depois para o tanque de filtrado geminado. No caso de difusor de dois estágios existem dois anéis coletores, um para cada estágio de lavagem. O filtrado extraído do primeiro estágio flui para o tanque de licor do primeiro estágio e o filtrado extraído do segundo estágio flui para o tanque de licor do segundo estágio. (12) O líquido de lavagem provém da água quente dos trocadores de calor de licor para evaporação e também o condensado da evaporação, esse líquido é introduzido ao segundo estágio do difusor lavador duplo. O filtrado proveniente do segundo estágio é então utilizado como licor de lavagem no primeiro estágio. O filtrado proveniente do primeiro estágio entra na zona de resfriamento e diluição e também na zona de lavagem Hi-Heat do digestor, de onde parte do licor extraído vai para a evaporação.

Observando-se que o licor de extração flui através do tanque de filtrado do segundo para o primeiro estágio, no sentido do digestor, para a lavagem Hi-Heat, uma lavagem contracorrente completa é criada.

Para evitar entupimentos das peneiras de extração é feita a contralavagem delas a cada ciclo do difusor. A válvula de extração fecha-se e a válvula equalizadora de pressão, abre-se para a equalização da pressão, quando os cilindros hidráulicos alcançarem posição superior. A equalização de pressão significa que o licor é pressionado no

sentido inverso, para dentro das peneiras por alguns segundos. Isso, em adição ao rápido movimento de descida, evitará que as peneiras entupam com fibras. O sistema equalizador é detalhadamente descrito a seguir:(7) Tanques equalizadores de pressão: os tanques equalizadores de pressão de ambos os estágios, o primeiro e segundo, funcionam do mesmo modo, porém independente, como abaixo descrito.

Os tanques equalizadores contêm algum licor, porém principalmente ar de baixa pressão no início do movimento ascendente da unidade de peneiramento. Os tanques são preenchidos com licor dos tanques geminados filtrado do primeiro e segundo estágio , na qual a bomba comprimirá o amortecedor de ar nos respectivos tanques equalizadores, até que a pressão preestabelecida em torno de 1,8 Kgf/cm2, seja alcançada.(18) Quando a unidade de peneiramento tiver alcançado sua posição superior, a válvula de extração fechará e a válvula temporizada de contralavagem abrirá. A válvula de extração permanece fechada durante a breve parada da unidade de peneiramento, no topo, e também durante o movimento descendente subsequente.

A válvula temporizada de contralavagem se abrirá durante o mesmo período.

O tanque equalizador será então prensado no sentido inverso e isso, em conjunto com o rápido curso descendente, assegurará que os furos da peneira não entupam com as fibras celulósicas.

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Fabricação de Celulose Figura 17 – Componentes do braço de lavagem (Fonte: Andritz, 2005)

O tanque de filtrado conjugado e os sistemas de licor são separados entre si, porém o tanque do segundo estágio é construído dentro do tanque do primeiro estágio.

Cada tanque de filtrado tem um cilindro interno, tendo como função abater a formação de espuma, onde o licor de extração entra até o fundo e transborda para o tanque principal. Esse arranjo evitará o excesso de espuma.

Os tanques têm alarme de nível alto e baixo. Para exemplificar, o volume desses tanques para o

citado difusor são: dimensão de 16 m de altura com um diâmetro de 8 m, sendo o volume do primeiro estágio de 700 m³ e 250 m³, o segundo estágio perfazendo um volume total de 950 m³.

175

a) Difusores Pressurizados (Kvaerner, Ahlström & Kamyr)

O difusor pressurizado teve sua primeira unidade de operação em 1988.

Esse equipamento, como qualquer novo desenvolvimento, teve mais modificações ao longo desses anos, e a descrição do equipamento está voltada para a última versão que se tem notícias. Fisicamente o difusor pressurizado é bem mais compacto que o difusor atmosférico, necessitando de uma pequena área de instalação (7). É montado logo após o digestor contínuo, basicamente é constituído

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O tanque equalizador de pressão é equipado com uma chave controladora de pressão que possibilita obtenção da pressão certa de ar no tanque. Existe também uma chave de nível que assegurará o nível correto quando o tanque está sendo completado. O tanque equalizador possui um manômetro e quatro visores de vidro para verificação “in loco” do nível e da pressão.

Fabricação de Celulose 176

de uma carcaça cilíndrica, dentro da qual há um outro cilindro perfurado, que vem a ser a peneira do difusor (figura 18). No fundo há um raspador que direciona a polpa para o bocal de descarga do difusor. A polpa é alimentada com uma consistência de 10% pelo topo, desce entre o espaço existente no cilindro da peneira

Figura 18 – Princípios de lavagem do difusor pressurizado (Fonte: Perkins, 1983,p.296)

e a carcaça é descarregada pelo fundo - como um digestor contínuo (Figura 19).

Há uma perda de pressão no interior do difusor e a pressão de descarga é de 4 Kgf/cm², a pressão de alimentação fica em torno de 9 Kgf/cm² (após a unidade de descarga).

A polpa é lavada na passagem entre a carcaça do difusor (onde é adicionado o licor de lavagem mediante um distribuidor no centro) e o cesto filtrante de extração do licor deslocado. A peneira também tem movimento de descida e subida, porém nesse caso o movimento principal é o de descida da peneira, numa velocidade próxima da polpa, em geral 10% maior. A peneira move-se para baixo formando-se assim uma manta no lado interno. A água de lavagem sai do distribuidor ao longo de toda a manta, deslocando o licor original que é extraído através da peneira (18). O

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Figura 19 – Difusor pressurizado (vista do topo e fundo) (Fonte: Kvaerner Pulping,2003)

Esse difusor tem sido mais usado para instalações com pré-branqueamento com oxigênio, sendo de operação simples. A lavagem da polpa ocorre em temperaturas superiores a 100 oC e consequentemente necessita de baixo consumo de energia. Devido ao tempo de retenção de 90 a 120 segundos, esse tipo de difusor tem alta eficiência com boa remoção de DQO e Sódio.

Foi desenvolvido para celulose de fibra longa e sua aplicação em relação à fibra curta passou inicialmente por uma fase de adaptação.

A celulose de fibra curta aparentemente merece maiores estudos no que diz respeito a dimensionamento, devido ao fato que as polpas de fibras longas e curtas têm drenabilidade diferente (entre outras características), dentro das mesmas condições de cozimento.

Fabricação de Celulose Entrada de Polpa Extração de Licor

Entrada de Licor Saída de Polpa

Figura 20 – Difusor (Fonte: Kvaerner Pulping, 2003)

177

Lavador horizontal – tipo mesa plana – fourdrinier (Sunds Defibrator, Black & Clawson) Um dos mais novos e modernos equipamentos para lavagem de pasta marrom é o lavador tipo mesa plana (fourdrinier). Como o próprio nome indica, funciona como uma mesa plana de uma máquina de papel ou de secagem de celulose.

Compacta, com grande flexibilidade de mudança

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licor deslocado é coletado ao longo da periferia e pode ser extraído através de dois distribuidores de extração, um mais alto, contendo o licor original e um mais baixo, contendo o licor de lavagem em mistura com o licor original. Pode também ser equipado com um só distribuidor de licor. Terminado o curso do cilindro, que é feito por pistões hidráulicos montados no topo, a peneira sobe num movimento rápido (frações de segundo) e inicia-se um novo ciclo de lavagem (Figura 20).

Fabricação de Celulose

de produção, fácil de ser operada e substitui tranquilamente de três a cinco estágios de filtros convencionais de tambor. A tela de formação da manta pode ser metálica ou de plástico, dependendo do fabricante. (16) A título de exemplo, pode-se citar a máquina desenvolvida pela Sunds Defibrator, a Ultrawasher, cuja primeira unidade comercial foi montada na fábrica de celulose Kraft Modocell em Husun,na Suécia, no ano de 1985, com produção nominal de 1000 t/dia, e recentemente foi montada no Brasil, na Cia Suzano, em São Paulo. Não se dispõe de dados operacionais de eficiência da máquina,porém,pelo princípio de funcionamento, ainda que esteja a necessitar, segundo opiniões dos “experts”, de algumas modificações, deve apresentar bons resultados.

178

A tela metálica, que por vezes preocupa, funciona sem problemas. Cabe lembrar que a tela metálica pode ser remendada, a exemplo da tela que reveste a tela do lavador de tambor convencional, ao invés de ser trocada, desde que o eventual defeito não tome grandes proporções. Daí a necessidade de fabricantes e usuários dotarem suas unidades com bons

dispositivos de segurança e intertravamentos nos pontos mais críticos, aliás, não só dessa, mas de quaisquer equipamentos para evitar danos e erros operacionais.

No lavador horizontal de múltiplos estágios o fator de diluição é baixo e a eficiência de lavagem é alta, tendo as seguintes vantagens:(16) 

instalação compacta;



maior desempenho e facilidade de operação;



redução de antiespumantes;



contenção de gases malcheirosos;



retenção de calor;



consumo reduzido de energia.

As Figuras 21 e 22 mostram um filtro lavador horizontal destacando algumas características desse filtro, que são: cinco estágios de lavagem contracorrente; capota completamente fechada e pressurizada, caixas de sucção para coletar o licor e bombas de licor correspondentes, assim como ventiladores. O conteúdo de sólidos, no licor preto, chega a 19%, o que permite economia substancial na evaporação. (18)

Figura 21 - Esquema do lavador horizontal (Fonte: Smook, 1990, p.103) SENAI - CETCEP

Prensa de lavagem (Kvaerner, ImPCO, Andritz) Na prensa de lavagem (Figuras 23 e 24), a suspensão fibrosa com uma consistência de 3 a 6% é bombeada para o dispositivo de entrada da polpa e distribuída uniformemente ao longo do tambor por meio de uma rosca de distribuição de polpa.

O estreitamento da câmara sob a tampa superior pressiona ainda mais o líquido e retira uma quantidade adicional de água. Ao sair da tampa superior, a polpa entra na prensa. O rolo prensa eleva a consistência final da polpa para 30 a 35%.

A prensa de lavagem é fornecida para diversas aplicações tais como, lavagem de polpas sulfito e sulfato, lavagem da polpa marrom no final do estágio, lavagem após aplicação de oxigênio e no branqueamento ECF (elemental chlorine free) e TCF (total chlorine free).

Em seguida, a polpa entra na bacia retrátil. Ao passar por uma câmara estreita continuamente, o líquido presente na suspensão é pressionado através da chapa perfurada na superfície do tambor (até atingir aproxidamente 15% de consistência).

A prensa de lavagem Impco Twin Roll (Figura 25) é aplicada para lavagem e engrossamento de polpas mecânicas e químicas de baixa drenagem. Foi desenhada para engrossamento e lavagem para atingir consistências de 30 a 35% (18) . Esse tipo de prensa maximiza a lavagem pela incorporação de uma faca de desfloculação, uma chicana de compactação, uma piscina de

Figura 23 - Prensa de lavagem (Fonte: Lima, 1989, p.409)

Figura 24 - Prensa de lavagem (Fonte: Mokfienski, 2002)

17

SENAI - CETCEP

Figura 22 – Lavador horizontal

Fabricação de Celulose

A tampa superior da prensa é provida de caixas de distribuição do líquido de lavagem. O líquido da polpa é deslocado pela introdução de água, condensado ou líquido de lavagem proveniente de um estágio subsequente.(18)

Fabricação de Celulose 180 Figura 25 - Prensa de lavagem IMPCO (Fonte: Rogers, 1996, p.35)

lavagem e um rolo móvel, a fim de obter uma consistência uniforme de descarga, mesmo com polpas de característica e consistência de alimentação variáveis.(18)

Vantagens da prensa de lavagem:(19) 

combina desaguamento, deslocamento e prensagem para uma alta eficiência de lavagem com baixo fator de diluição;



proporciona significativa redução de DQO (demanda química de oxigênio) na lavagem final da polpa marrom e consequentemente uma redução de custos no branqueamento, baixo consumo de água e um mínimo impacto ambiental;



ocupa pouco espaço e apresenta fácil operação e manutenção.

SENAI - CETCEP

Tabela 2 - Comparação entre lavadores

T (° C ) de operação

Eficiência de deslocamento (DR, Sódio)

Cs (%) de descarga

< 85 º C

0,8

< 16 %

5s

++++

95 º C

0,8

< 16 %

5s

+++++

< 85 º C

> 95 %

< 12 %

5s

+++++

Prensa lavadora

95 º C

< 50 %

30%

5s

+++++

Lavador multiestágio (DDW)

95 º C

> 95 %

< 16 %

10-60 s

+++++

Difusor pressurizado

100 º C

> 90 %

< 12 %

60-120 s

+++++

Difusor atmosférico

90 º C

> 90 %

< 12 %

> 300 s

+++++

Filtro a vácuo Filtro pressurizado Filtro Belt

Critérios para seleção do equipamento:



requerimentos de desempenho do sistema;



limitações de desenho do sistema e de lay-out;



preferência do cliente;



minimizar custos operacionais e de instalação.

4.2.6 Medição e monitoramento de perdas de lavagem As principais formas de monitorar as perdas de lavagem são: 

perda de sólidos dissolvidos;

Tempo de Eficiência retenção/ de remoção estágio (DQO total)



perda de sulfato/soda/sódio;



carga de DQO na polpa lavada;



perfil de perda de álcali e de sólidos dissolvidos ao longo da linha de fibra.

181

O termo mais usado na indústria para medir as perdas de qualquer sistema de lavagem de polpa é o inglês “salt cake losses”. Em geral, a perda de álcali no sistema é expressa em quilos de sulfato de sódio por toneladas de pasta produzida.

Exemplo de cálculo da perda de sulfato de sódio.

Como a massa molecular do Sulfato de Sódio são 142 e a massa do Óxido de Sódio são 62, temos:

Na2SO4 → Na2O + SO3 142 62 x 17 kg ... x = 38,9kg SENAI - CETCEP

TIPO DE LAVADOR

Fabricação de Celulose

4.2.5 Comparação entre os diferentes lavadores na remoção de material orgânico dissolvido

Fabricação de Celulose

Assim, para uma perda de 17kg de Na2SO4/ Na2O/TCSA na lavagem, necessitamos adicionar 38,9 kg de Na2SO4 no licor preto concentrado a ser queimado na caldeira de recuperação.

Exemplos de perdas de Na2SO4 por processo:

p/ Kappa 140

-

40 kg/ton

p/ Kappa 80

-

38 kg/ton

p/ Kappa 20

-

36 kg/ton

4.3 Depuração e limpeza da pasta celulósica 4.3.1 Introdução 182

Na maioria dos processos de polpa e papel, se requer algum tipo de classificação de polpa com objetivo de separar as boas fibras das partículas superdimensionadas e das não desejadas.(19)

Durante o processo de preparação dos materiais fibrosos e da fabricação de celulose e papel, muitos materiais indesejáveis são introduzidos no sistema ou vem com a matéria prima e devem ser retirados. Buscando a retirada dos materiais indesejáveis do sistema, é necessário conhecer os tipos e as características desses materiais em circulação. Os equipamentos disponíveis para separar os materiais “desejáveis” dos “não desejáveis”, assim como seus princípios de operação, devem ser conhecidos e entendidos.(13) Sabe-se que as necessidades de depuração diferem conforme a finalidade de aplicação da polpa. Se for utilizada para a fabricação de papel marrom (kraftliner) para embalagens, algumas impurezas que estejam presentes podem ser toleradas, todavia se essa polpa for utilizada para produção de papéis brancos, as especificações tornam-se mais rígidas.

Tabela 3 - Presença de shives em alguns papéis

NívEIS DE PRESENçA DE SHIvES JuNTO A ALGuNS TIPOS DE PAPÉIS % DE mATERIAL RETIDO

TAmANHO DA FENDA (mm)

Base para Lineboard

0,5 - 1,5

0,25

Top Lineboard

0,3 - 1,0

0,25

Sacos Embalagens

0,1 - 0,7

0,25

Polpa de Mercado Branqueada

0 - 0,05

0,15

Papel Revestido

0 - 0,01

0,15

(Fonte: Hooper,1983,p.319) SENAI - CETCEP

Observa-se que os materiais indesejáveis podem ser de duas naturezas: não fibrosos e fibrosos.

Classificam-se como materiais fibrosos aqueles resultantes de um incompleto cozimento ou de um desfibramento, mas que consistem muitas vezes de fibras boas e utilizáveis, dentre eles podemos citar: 

feixe de fibras (bundles);



nós (definem-se como partículas de madeira não cozidas, retidas em uma malha com perfurações de 9 mm. Os nós são em ordem de magnitude maior que os shives e muito mais rígidos, devido a esse fato devem ser removidos o mais rápido possível do processo);(10)



palitos ou shives (são feixes de fibras os quais não foram bem separados durante o processo de cozimento ou ação mecânica.

Definem-se como as partículas de fibras de tamanho médio, em torno de 1 a 3 mm de comprimento e 0,10 a 0,15 mm de largura. Os shives oriundos de folhosas tendem a ter um comprimento em torno de 1,5 mm. A presença desses elementos



minishives (são aquelas partículas fibrosas com dimensões de 0,08 a 0,10 mm de largura);



fragmentos de vasos (definem-se como elementos cúbicos ou de configuração irregular, que normalmente incidem mais em polpas provenientes de folhosas);



fiapos Lint (são partículas menores que 1,0 – 1,5 mm de comprimento e possuem uma superfície rugosa e flexibilidade limitada);



chop (são partículas de impurezas de formato cúbico usualmente com comprimentos de 0,25 a 1,0 mm) .

183

Principais tipos de resíduos

Pasta Mecânica:



lascas (no caso de polpa SGW ou PGW);



palitos (shives);



palitos pequenos (minishives);



resíduos cúbicos (chop).



resíduos (debris): 

grãos de areia e rebolo;



diversos tipos de impurezas.

SENAI - CETCEP

Nota-se que os materiais ditos não ibrosos podem ser de dois tipos básicos: não metálicos (sujeiras, pedras, vidros, abrasivos, plásticos, elásticos, cascas, argamassa de tanques, azulejos, etc..) ou metálicos (porcas, parafusos, grampos, ferrugens de encanamento, etc.).(13)

Fabricação de Celulose

afeta a resistência físico–mecânica e as propriedades superficiais dos papéis. A tabela 3 mostra níveis de presença de shives junto a alguns tipos de papéis);(18)

4.3.2 Classificação de resíduos

Fabricação de Celulose

Pasta Química: 

nós;



grumos de fibras não cozidas (bundles);



palitos (shives), pequenos grumos;



pedaços de casca;



diversos tipos de impurezas:



pedras;



areia;



plástico;



metal.

A presença de impurezas na polpa nos conduz a problemas tais como: 184



presença de areia causa desgaste nos equipamentos, bombas, tubulações, etc.;



causam manchas no produto final (celulose branqueada) e compromete sua qualidade;



causam quebras na parte úmida da máquina de celulose.

4.4 Objetivo

SENAI - CETCEP

Podemos dizer então que o objetivo básico da depuração é separar o fluxo de polpa em duas correntes. Idealmente todo o material indesejável estará em uma corrente denominada rejeitos e similarmente todo o material desejável estará em uma outra corrente denominada aceite. (13)

Os objetivos reais que se buscam são tais que o fluxo de rejeitos deverá conter a maior parte dos materiais indesejáveis, enquanto o fluxo de aceites deverá conter a mínima parte de materiais indesejáveis.

4.4.1 Classificação da depuração A depuração, quanto à seletividade, pode ser classificada em: (1) 

depuração grossa (coarse stage) : visa separar os nós e materiais pesados (pedras, pedaços de metais, etc.);



depuração fina (fine stage): tem como objetivo separar palitos (shives), frações leves tais como fragmentos de cascas e eventualmente frações pesadas tais como areia, etc. Após separação, as fibras boas são enviadas para as etapas seguintes do processo de fabricação de celulose: deslignificação com oxigênio, branqueamento ou processo de secagem de celulose;



depuração de máquina ou antes da máquina de celulose (post stage): visa remover pequenas partículas de impureza, tais como: casca, areia e frações leves como o ar.

Dicas: 

fazendo a depuração após lavagem, possibilita a proteção dos equipamentos subsequentes e também a integridade do produto final;



durante a remoção das partículas indesejáveis, deve-se buscar o mínimo arraste de fibras boas com a sujeira (rejeitos);



o processo de depuração deve ser seletivo, evitando a fragmentação da sujeira em partículas pequenas e mais leves, de difícil separação;



depurando antes da lavagem (retira-se cavacos crus e nós), melhora a eficiência da lavagem;



se depurar após a lavagem, retirar-se-á shives, sujeiras e outros componentes;



depuram-se as fibras curtas mais facilmente, logo as folhosas (eucalipto) são mais fáceis de depurar que as coníferas (pinus). Portanto as fibras longas requerem maior capacidade de depuração que as curtas. Similarmente as polpas mecânicas são depuradas mais facilmente que as químicas.

Fabricação de Celulose 185

SENAI - CETCEP

No fluxograma a seguir observa-se onde está posicionada a depuração grosseira (separação de nós), depuração fina e antes da máquina de celulose. (1)

Fabricação de Celulose

4.5 Depuradores Na maioria dos processos de celulose e papel se requer algum tipo de limpeza ou depuração da polpa. Para esse fim são utilizados equipamentos chamados depuradores, os quais através dos anos foram desenhados em diversos tipos para a indústria papeleira.

Em função das características das impurezas (materiais indesejáveis) a serem removidas da massa celulósica, os depuradores são classificados em: (18)

186



depuradores probabilísticos (classificadores)



depuradores por peso (hidrociclones)

4.5.1Depuradores probabilísticos (classificadores) Esses equipamentos separam na base do tamanho e formas das partículas, a esse tipo pertencem as partículas de rejeitos sem formas definidas e de tamanho grande, que podem ser removidas da polpa pelo efeito de peneiramento ao passar o líquido com suspensão de fibras através de uma chapa perfurada com furos arredondados ou ranhuras (18). Eis alguns exemplos de rejeitos:(8) 

aglomerado de fibras;



materiais não fibrosos finos e chatos;



materiais não fibrosos redondos ou cúbicos;



cordões de fibras (strings);



torrões de fibras (lumps).

Apesar das diversas configurações criadas, os depuradores possuem algumas características em comum. Por exemplo, todos devem ter uma câmara de entrada que possa conter o líquido a ser depurado. Essa câmara é separada da câmara de aceites pela chapa perfurada, também denominada de cesto. Deve existir uma câmara de rejeitos e uma forma de manter os furos ou ranhuras continuamente limpos, sendo isso alcançado por meio de chuveiros, raspadores, diafragmas vibratórios, tinas vibratórias, tinas oscilantes, rotores de diversos perfis, etc..(8) O depurador probabilístico típico é uma máquina de funcionamento relativamente simples. Os problemas de funcionamento são normalmente devidos à carga de alimentação estar acima ou abaixo das especificações do aparato. Os depuradores podem ser atmosféricos e/ou pressurizados.

Os tipos de depuradores probabilísticos mais encontrados nas fábricas são: (8) 

depuradores planos vibratórios (peneiras vibratórias);



depuradores rotativos;



depuradores centrífugos;



depuradores pressurizados;



depuradores de nós.

SENAI - CETCEP

Fabricação de Celulose

mecanismo da Depuração Probabilística Pode-se dizer que, uma vez que entendamos os mecanismos de separação durante a depuração, esses são ferramentas muito úteis no entendimento das operações dos depuradores.

Há três velocidades principais dentro do cesto, excluindo as velocidades associadas com a turbulência local. Esses componentes são velocidade radial, axial e tangencial as quais em relação ao cesto produzem forças que vão determinar o grau de separação de rejeitos.(8)

Figura 26 - Mecanismo da depuração probabilística (Fonte: Hooper,1985,p.320)

A velocidade axial é aquela que está na direção do eixo de rotação do cesto e paralela ao cesto perfurado. Nota-se que a velocidade axial depende do espaço entre o cesto e o corpo do rotor e também do volume de fluxo (vazão de alimentação).

transversal. Observa-se que o mecanismo de depuração é influenciado diretamente pela velocidade transversal à polpa mais próxima ao cesto (Figura 26). (18)

A velocidade radial depende da área total aberta das ranhuras ou furos e do fluxo de aceitos.(1)

187

Na Figura 27 vemos uma perfuração do cesto quando a velocidade de aproximação do líquido é vertical, sendo que a velocidade horizontal ou transversal tende a zero. Quando a depuração é feita dessa forma, todas as partículas menores que a abertura poderão passar pela perfuração. Um exemplo desse tipo é o depurador vibratório.

A velocidade tangencial é aquela devido à rotação da polpa em torno do eixo do cesto, ela é paralela à superfície perfurada e perpendicular às velocidades radial e axial. Diz-se que a velocidade relacionada à passagem de polpa através das aberturas é denominada velocidade

Fluxo de alimentação

Abertura da chapa

Figura 27 - Perfuração do cesto quando a velocidade aproximação do líquido (Fonte:Hooper,1985,p.321)

de

SENAI - CETCEP

Aceitos

Fabricação de Celulose Figura 28 - Aumento da velocidade transversal (Fonte: Funo,1996,p.235)

188

Se em lugar de viajar verticalmente, dermos uma certa velocidade transversal à polpa, a sujeira não se aproximará mais na vertical e tenderá a “olhar” o furo como alongado, como vemos na Figura 28. Se a velocidade for aumentada, a abertura tomará para a fibra, uma forma cada vez mais alongada até se transformar em um fino rasgo (fenda).(8)

No fluxo de polpa, as fibras que são flexíveis tomam uma configuração tal como se fossem fitas que passam por esses rasgos “fendas”.

Como vemos na Figura 29, o fluxo através dos furos usa somente uma parte do mesmo e só passa pelo furo o que está dentro da fita.(1) Por outro lado, os palitos não são muito flexíveis (Figura 30), pois são amontoados de fibras.

SENAI - CETCEP

Figura 29 - Fluxo de fibras flexíveis através dos furos (Fonte: Funo, 1996,p.235)

Fabricação de Celulose Figura 30 - Fluxo de shives ou palitos através das perfurações (Fonte: fino,1996,p.235)

Tipos de depuradores probabilísticos

a) Depurador plano vibratório (peneira vibratória) São peneiras planas abertas e de fluxo por gravidade. O material a ser depurado é alimentado no topo a um lado da peneira, os aceitos passam pela peneira e os rejeitos saem pelo lado oposto ao de alimentação, sendo lavados na saída para

eliminar o arraste de fibras (1). Esses aparatos podem ser de alta ou baixa frequência, e a maior parte usa furos arredondados, apesar de que há depuradores planos com ranhuras. Ver a Figura 31.

A peneira vibratória plana é um dos tipos de depuradores mais usados e mais eficientes na separação de rejeitos. Esses equipamentos trabalham com uma alimentação de entrada no intervalo de 0,8 a 2%. Todavia suas desvantagens (construção aberta, problemas de espuma, alta manutenção, uso de muita mão-de-obra, requerem muito espaço) os tem tornado quase obsoletos, exceto em algumas aplicações específicas tais como a separação de nós.

Figura 31 - Depurador Vibratório Plano (Black - Clawson) (Fonte: Lima,1988,p.414)

18

SENAI - CETCEP

Se os palitos estiverem envolvidos pela fita que vai passar pelo furo, eles poderão passar pelo mesmo, caso contrário poderão soltar-se e passar por sobre o furo indo para o lado do rejeito.(8)

Fabricação de Celulose 1 0

b) Depuradores rotativos vibratórios

c) Depuradores centrífugos

Os depuradores rotativos são também abertos e de fluxo por gravidade, sendo vibrantes com baixa ou alta frequência (8). Os depuradores de baixa freqüência normalmente se aplicam em fábricas de celulose e também como depuradores de máquinas de papel. A consistência ótima de trabalho é função do tipo de massa, qualidade da mesma e comprimento das ranhuras, mas normalmente oscila entre 1 e 2%. Apesar de serem mais compactos que os planos e requererem menos mão-de-obra, eles estão caindo em desuso devido ao alto custo de manutenção e baixa eficiência.(8)

Esses depuradores são fechados, todavia funcionam por gravidade. Os depuradores centrífugos superaram muitos dos problemas dos depuradores vibratórios. A peneira centrífuga baseia-se no princípio de que as fibras aceitas tendem a estar completamente hidratadas, com densidade próxima à da água. Nesta condição quando a polpa celulósica de baixa densidade é submetida à rotação de um depurador centrífugo, as fibras se alinham na direção do fluxo, que se dá predominantemente através dos furos(1). Os materiais mais grosseiros não estão completamente hidratados e possuem uma maior densidade, esse fator limita o efeito da força centrífuga e os materiais grosseiros são direcionados para a saída de rejeitos,

Figura 32 - Depurador centrífugo COWAN (S. W. Hooper Corp) (Fonte:Hooper, 1983,p.351)

SENAI - CETCEP

A massa ingressa em forma axial e seu desenho consiste numa peneira cilíndrica horizontal com furos redondos de até 3mm de diâmetro, esta peneira é mantida limpa devido à existência de um rotor tipo “palhetas” no seu interior que evita o tamponamento dos furos da peneira (Figura 32).

A consistência de trabalho desses equipamentos está entre 0,5 e 1,5%. Como não há vibração, não são necessários sistemas de ancoragem, nem elementos antivibratórios. Observa-se que a geração da espuma,tão comum nos depuradores vibratórios,sofre redução, todavia não é eliminada totalmente. Apesar desses equipamentos terem um amplo campo de aplicação, eles tendem a cair em desuso.(8)

d) Depuradores pressurizados

Esses depuradores são construídos em muitas configurações, mas geralmente se constituem de uma peneira centrífuga, hermeticamente fechada, a qual trabalha cheia de polpa e sob pressão. Há configurações em que a polpa é introduzida pelo lado interno ou externo, sendo o aceite forçado através dos orifícios da peneira mediante pressão e segundo seja a saída do aceite podem ser classificados em centrífugos ou centrípetos(8). A principal diferença entre as diversas configurações encontra-se no elemento rotativo usado para conservar a peneira limpa ou desobstruída de fibras (Figura 33).

Fabricação de Celulose

rejeitos pesados

aceite

rejeitos

alimentação

Figura 33 – Depurador pressurizado (Fonte: Bueno, 1995)

O princípio de operação desses depuradores pressurizados consiste em introduzir a polpa tangencialmente na parte superior do depurador, em seu interior a polpa gira em um movimento espiralado em torno da peneira, sendo que as fibras atravessam radialmente as perfurações,causando uma perda de velocidade da polpa. Dependendo do tipo de rejeito a ser separado, as peneiras podem possuir furos arredondados ou ranhuras.

A consistência de trabalho nos depuradores pressurizados pode chegar até 4%.(19)

1 1

Os depuradores pressurizados têm sido usados por muito tempo em circuitos de depuração de cabeça de máquina, onde sua função principal é a de eliminar os contaminantes grosseiros e proteger a tela da máquina, todavia é utilizado como dispersor da polpa. Mais recentemente, com algumas modificações que se introduziram em seu desenho, eles têm sido usados nas operações de depuração fina nas fábricas de celulose.

A vantagem dos depuradores pressurizados é sua grande capacidade unitária, com um sistema totalmente fechado que exclui os arrastes de ar e

SENAI - CETCEP

descrevendo um movimento longitudinal oposto da alimentação. O rejeito é diluído perto da saída para evitar arraste de fibras aceitas.

Fabricação de Celulose Figura 34 - Vista em perspectiva (Fonte:Hooper,1983,p.352)

1 2

minimiza a formação de limos (slimes), também há a flexibilidade de localização física, com necessidade de pouco espaço físico e economia em instalações de bombeamento e tubulações (Figuras 34 e 35).

Os depuradores pressurizados apresentam uma série de vantagens em relação aos depuradores centrífugos ou rotativos, dentre elas podemos destacar: (8)



menor arraste de ar;



baixa sensibilidade às variações de consistência;



podem ser localizados em qualquer ponto do sistema, antes ou após lavagem;



melhor controle do processo, principalmente em relação aos rejeitos, o que permite ajustar o desempenho do sistema;



possuem tamanho físico menor que outros tipos de depuradores;



fácil instalação em qualquer ponto, desde o porão até ao piso de operação;



a operação sob pressão permite manter a limpeza de forma mais constante.

e) Depuradores de nós

Normalmente para a retirada de nós, usavamse nas instalações antigas os depuradores planos vibratórios (peneira vibratória), todavia isso representava uma desvantagem devido ao sistema ser aberto. Havia a introdução de ar, o que provocava a formação de espuma, além de perturbar a eficiência de depuração e lavagem dos sistemas adiante na linha de produção.(8) Atualmente, recomenda-se,para essa operação, o uso de depuradores pressurizados, com furos de diâmetro maior (4,8 a 12,5 mm) e com desenhos modificados para o rotor.

SENAI - CETCEP

Figura 35 - Vista em corte lateral (Fonte: Bueno, 1995)

A utilização de separação de nós numa fase preliminar antes da lavagem dá-se principalmente quando se têm lavagem por deslocamento com

Fabricação de Celulose

uso de filtros rotativos, lavadores de mesa plana e eventualmente difusores. Os nós presentes na polpa arrastam consigo uma parcela considerável de sólidos dissolvidos que não podem ser removidos via lavagem por deslocamento.

Portanto, os depuradores de nós removem os nós presentes na polpa, mas uma considerável quantidade de fibra e licor é arrastada. Os nós são drenados em um estágio secundário de depuração de nós (lavagem dos nós). Os nós podem ser retornados ao digestor diretamente ou via pilha de cavacos. O reco z imento dos nós é uma prática comum, todavia pode-se enviar os nós para queima na caldeira, ou para aterros sanitários, ou para moinhos refinadores. Veja as Figuras 36 e 37.

A separação de nós deve garantir: (1)

Figura 37 – Vista em corte lateral (Fonte: Hooper, 1983,p.349)



consistência de alimentação: 2,5 a 4,5%;



alta consistência de operação;



taxa de rejeição (em volume): 10 a 20%;



alta seletividade de separação de nós;



perfuração da peneira: 0 = 6,8 a 10 mm (média);



não aumentar a quantidade de palitos na depuração fina.



fator de engrossamento: 1,1 a 1,2.

1 3

Figura 36 – Vista em perspectiva (Fonte:Bueno,1995)

SENAI - CETCEP

Em geral, as condições do processo são as seguintes:(1)

Fabricação de Celulose

Elementos principais de um depurador pressurizado



Os principais elementos presentes nesse depurador:(14) 

rotor: 

com foils/ com barras/ ressaltos e rebaixos (Figura 38). 

linhas de: 

alimentação de massa



aceite



rejeito



diluição



remoção de sujeira pesada (junkbox)

acionamento do rotor.

Variáveis de funcionamento

Figura 38 – Rotores (Fonte: Bueno,1995) 194



cesto ou peneira (Figura 39): 

perfurado ou ranhurado (rasgos).

A performance da operação é afetada pelas variáveis relacionadas com as características da polpa, desenho do depurador e vinculadas a operação.(19) Características da polpa: 

tipo de fibra;



características dos rejeitos;



nível de impurezas;

Desenho do depurador:

Figura 39 – Cestas ou peneiras

SENAI - CETCEP



configuração do fluxo;



tipo de mecanismo de limpeza;



tipo e dimensão da abertura;



tipo de superfície da peneira;



velocidade do rotor (R.P.M.);

Fabricação de Celulose

Variáveis de operação:(1) vazão de fluxo de polpa;



consistência de alimentação;



taxa de rejeitos;



quantidade de sujeira na alimentação;



perda de pressão;



tempo de retenção;



grau de refino;



diluição;



temperatura.

a) Tipo e dimensão da abertura

O tipo e dimensão das aberturas são uma das variáveis mais importantes e depende, em grande parte, do tipo e dimensão da sujeira a ser eliminada. Grande parte dos rejeitos pode ser removida por separação positiva, que é entendida como a separação provocada pela dimensão das aberturas das peneiras, que impedem a passagem através da mesma de rejeitos de certas dimensões e formas(8). Existem dois tipos de aberturas: furos e fendas (rasgosslots) (Figura 40).

As peneiras de depuradores com furos redondos prestam-se melhor para a remoção de sujeiras longas e finas. As peneiras com fendas prestamse para a remoção de sujeira de forma cúbica (chop) ou redonda. (8)

Figura 40 – Tipos de aberturas (Fonte: Bueno,1995)

b) Tipo e superfície da peneira

Existem algumas configurações para a superfície das peneiras, podendo ser do tipo cesto liso, cesto perfurado, cesto ranhurado, cesto ondulado cesto perfilado, etc. (Figuras 41a e 41b).

1 5

Devido à tendência das fibras sofrerem a floculação, dificulta-se o efeito de depuração através das aberturas do cesto. Acreditase que as peneiras ranhuradas geram uma microturbulência na superfície do cesto que tende a quebrar os flóculos, fenômeno que alguns chamam de fluidização, reduzindo a resistência à passagem das fibras através das perfurações. (8) Por outro lado a microturbulência aumenta o tamanho aparente da abertura, de forma que para a mesma perfuração o cesto ranhurado tenha menor eficiência que o cesto liso. Podese, entretanto minimizar essa deficiência usando orifícios menores, sendo possível selecionar um cesto que dará a mesma eficiência com mais capacidade ou maior eficiência e maior capacidade que uma peneira de superfície lisa.

SENAI - CETCEP



Fabricação de Celulose Figura 41 a – Superfície lisa (Fonte: Bueno,1995)

Figura 42 – Área aberta para orifícios (Fonte: Funo,1996)

2

ÁREA ABERTA (%) = d *157,08

x*y 196

Figura 41 b – Superfície perfilada (Fonte: Bueno,1995)

c) Área aberta

Área aberta para ranhuras (Figura 43)

Define-se como área aberta “a área perfurada

p = pitch (passo)

(orifícios circulares ou ranhuras) em relação à área total”.

w = largura da ranhura l = comprimento da ranhura

d) Área aberta para orifícios (Figura 42)

m = espaço entre os limites da ranhura e = comprimento da área de escape

x = espaço entre as fileiras de orifícios y = espaço entre as colunas de orifícios d = diâmetro do orifício

ÁREA ABERTA (%) = w * l x 100

p * ( l + m)

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Fabricação de Celulose Figura 43 – Área aberta para ranhuras (Fonte: Funo, 1996)

Velocidade de Passagem = Vazão (m3/s) / Área aberta (m2)

e.1) Exemplo de Velocidade de Passagem (orifícios) Área aberta Total = Área plana total x Área aberta (%) Área aberta Total = 0,89 x 0,12 = 0,1068 m2 Velocidade de Passagem = Vazão (m3/s) / Área aberta (m2) Velocidade de Passagem = 0,158 (m3/s) / 0,1068 (m2) = 1,48 m/s

e.2) Exemplo de Velocidade de Passagem (ranhuras) SPI (slot per inche) = ranhuras por polegada Área aberta Total = Comprimento total da ranhura x Tamanho da ranhura Área aberta Total = 135 x 0,00025 = 0,0338 m2 Velocidade de Passagem = Vazão (m3/s) / Área aberta (m2)

Velocidade de Passagem = 0,068 (m3/s) / 0,0338 (m2) = 2,01 m/s

f) Taxa de rejeitos Uma variável que tem uma grande influência na eficiência total de remoção de sujeira é a relação em que os rejeitos são removidos do depurador. Entende-se por taxa de rejeitos o “total de fibras e sujeiras removidas no lado de saída de rejeitos”. A taxa de rejeitos é o quociente entre o fluxo de rejeito pelo fluxo de alimentação expresso em percentual. (8)

197

Costuma-se trabalhar com uma taxa de rejeitos de 15 a 20% no primeiro estágio e para obter uma eficiência máxima de limpeza pode-se chegar a rejeitar 25% .

Exemplo de taxa de rejeitos: 

5 a 15% (estágio primário)



10 a 20% (estágio secundário)



20 a 30 % (estágio terciário)



25 a 40% (estágio quaternário) normalmente aplicado em Softwood

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e) Velocidade de passagem

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g) Perda de pressão

A perda de pressão no cesto é diretamente proporcional ao fluxo de polpa através do dele, à consistência da polpa e à abertura do cesto. Com uma determinada abertura e consistência, um aumento de fluxo causará um aumento na perda de pressão. Como consequência do aumento de perda de pressão, há um aumento de pressão através da peneira,o que provoca a passagem de sujeiras pequenas através dos furos, diminuindo a eficiência de depuração.(8)

1 8

Nos depuradores pressurizados mede-se, normalmente, a diferença de pressão no cesto, entre o lado de alimentação (pressão de alimentação) e o de rejeito (pressão de saída do rejeito), um aumento de pressão com a vazão constante indica um entupimento do cesto.

Exemplos de consistência de alimentação: (1) 

2,5 – 3,5% (estágio primário);



2% (estágio secundário);



1,5% (estágio terciário);



1,0% (estágio quaternário) – normalmente aplicado em Softwood.

i) Tempo de retenção Quanto maior for o tempo de retenção de uma partícula de rejeito na frente do cesto, mais oportunidade ele terá de passar pelas aberturas dele. O tempo de retenção é dependente do fluxo de entrada e da razão de rejeito. Tem um efeito marcante nos depuradores planos ou rotativos, devido à gravidade, não sendo tão acentuado o seu efeito nos depuradores centrífugos ou pressurizados.(8)

h) Consistência j) Grau de refino

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Quanto maior for a consistência de alimentação, maior será a taxa de rejeitos, além da possibilidade de causar entupimentos. No entanto baixíssimas consistências limitam a eficiência e capacidade(10).

Baixas consistências significam elevado volume e, portanto,um aumento na velocidade radial no interior do cesto. Isso resultará em um aumento das forças de arraste através da peneira e consequentemente um arraste de shives junto à massa depurada. Os depuradores estão operando atualmente num intervalo de 2-4% com a mesma eficiência.

O grau de refino pode ser usado como guia da facilidade de depuração. Polpas com menor grau de refino podem ser depuradas em depuradores com furos menores que as polpas mais refinadas. Modificações do grau de refino podem causar dificuldades de operação.(8)

4.5.2 Depuradores por peso (hidrociclones ou limpadores centrífugos)

Conforme o material se desloca do lado de alimentação para o lado de saída, perde-se água, de forma que a polpa e a sujeira tendem a concentrar-se. Nos depuradores centrífugos e alguns depuradores pressurizados é necessário introduzirse uma diluição próxima à saída de rejeitos.

Nesses equipamentos a separação é feita na base do peso da partícula, os materiais de peso específico mais elevado que as fibras (por exemplo, areia, metais, etc.) bem como algumas impurezas mais leves (fragmentos de cascas, eventualmente shives, etc.) são separados por depuradores centrífugos do tipo hidrociclone.(8)

Um controle adequado é importante, com pouca diluição muita fibra boa é rejeitada e com alta diluição muita sujeira pode passar pela peneira.(8) A taxa de diluição é um fator importante para o controle da razão de rejeitos em peneiras centrífugas, devendo ser controlada para se obter os resultados desejados deste tipo de peneira.

O controle de diluição é importante para manter constante a consistência na zona de depuração.

Quando se dilui demais,reduz-se a consistência dos rejeitos e, logo se reduz a relação de rejeitos, portanto se reduz a eficiência. Se a diluição for pequena, a consistência do rejeito sobe e pode-se criar problemas de estabilidade.

Esses aparatos têm como princípio de operação, a ação de um vórtice onde se separa a impureza da polpa, ou seja, eliminam-se as partículas indesejáveis mediante uma combinação de força centrífuga e esforços cortantes. Assim desta maneira, não só se separa baseado na diferença de peso específico, mas também em certo ponto sobre a forma da partícula.(20)

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l) Diluição interna

1

m) Temperatura

Figura 44 – Princípio de funcionamento (Fonte: Smook, 1990,p.110)

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A temperatura de operação deve ser levada em consideração na especificação da depuração, pois com o aumento da temperatura a drenagem da polpa é aumentada e a uma dada consistência menos fibras boas passam pela peneira. As temperaturas mais altas tornam alguns tipos de sujeiras mais flexíveis, permitindo passagem mais fácil pela peneira. Com o aumento da temperatura da polpa tende a aumentar a capacidade da peneira e diminuir a taxa de rejeitos.(8)

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Os aparelhos são confeccionados de tubos cônicos invertidos, onde a polpa alimentada tangencialmente na parte superior sofre no seu interior um movimento turbilhonar descendente até ao orifício inferior do aparato, onde as impurezas mais pesadas que as fibras são removidas (Figura 44).

Tipos de hidrociclones (Limpadores Centrífugos ou Cleaners) Na Figura a seguir pode-se ver os principais tipos de limpadores centrífugos mais comumente usados dentro da indústria de celulose e papel (Figura 46).

As fibras acabam sofrendo a ação do vórtice situado ao centro e retornam em direção ao topo do equipamento, onde são retiradas. O vórtice é criado pela diferença de pressão entre a entrada e saída da polpa, o que gera uma força centrífuga.

Sendo a pressão de entrada superior a de saída, na maioria dos hidrociclones são operados com um diferencial de pressão de 210 a 245 kPa. (9)

200

O diâmetro do hidrociclone varia em função da necessidade e em função do tamanho e forma das partículas, por exemplo, hidrociclones de pequeno diâmetro desenvolvem forças centrífugas mais elevadas e são mais efetivos para eliminar pequenas partículas de sujeiras.

Quando se necessita eliminar partículas grandes e densas, usam-se hidrociclones de diâmetros maiores (Figura 45).

alimentação

Figura 46 - Características de limpadores centrífugos (Fonte: Wikdal, 1993)

No quadro a seguir, algumas características desses hidrociclones (Tabela 4): Tabela 4 – Características dos hidrociclones CONvENCIONAL

REvERSO

REJEITO

ACEITE

ACEITE

REJEITO

vAzÃO

0,05

0,45

0,9

0,1

CONSISTêNCIA

0,02

0,017

0,01

0,002

FIbRA

0,15

0,8

0,98

0,02

FLuxO DIRETO

Para remoção de grandes quantidades de impurezas com alto peso específico (>1), usamse os hidrociclones típicos chamados limpadores Forward ou convencional(20). Esses limpadores se

rejeito leve e ar

aceite

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Figura 45 – Cleaners (hidrociclones) (Fonte: GLV,2005)

constituem na grande maioria dos limpadores centrífugos da indústria.Este modelo pode se dividir em três tipos de limpadores que são: cleaners de alta densidade, média densidade e os cleaners de finos.

variáveis de funcionamento O desempenho da operação é afetado pelas variáveis que se relacionam com as características da polpa, desenho do depurador e vinculadas à operação:(19) Características da polpa: 

tipo de fibra;



características dos contaminantes (tamanho, forma, densidade);



nível de impurezas.

Desenho do hidrociclone: 

configuração do fluxo de entrada de alimentação;



diâmetro do corpo;



diâmetro da saída de aceite;



altura da seção cilíndrica;



ângulo do cone;



dimensão do orifício de rejeitos;



seção de diluição.



vazão de fluxo de polpa;



consistência de alimentação (0,5 a 0,9%);



taxa de rejeitos (10 a 20%);



quantidade de sujeira na alimentação;



diferença de pressão (2,1 a 2,45 bar ou 210 a 245 kPa);



ar contido na polpa;



diluição;



temperatura.

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Variáveis de operação:

4.6 Sistemas de disposição dos depuradores Até o momento presente descreveram-se os depuradores de forma isolada, todavia lembramos que o objetivo da depuração é o de separar o fluxo a ser depurado em dois: o dos aceitos, que deverá conter o máximo possível de fibras boas e o mínimo possível de sujeiras,e rejeitos, o qual deverá conter o mínimo de fibras boas e o máximo possível de sujeiras.

201

Todavia torna-se impossível obter isso em um único estágio, portanto faz-se necessário o acoplamento de diversos depuradores em um só sistema. Necessita-se de estágios adicionais de depuração dos rejeitos para concentrar as impurezas e devolver as boas fibras ao processo.

Os principais sistemas utilizados são:

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O cleaner de fluxo direto (through flow) e o cleaner reverso são mais utilizados para remover impurezas leves, com peso específico < 1.

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4.6.1 Sistema de estágio unitário

4.6.2 Sistemas de arranjo em cascata

Constitui-se de um único depurador o qual recebe um fluxo de polpa de entrada e possui duas correntes de saída, sendo uma de aceites e outra de rejeitos. Todavia a experiência nos indica que o uso de estágio unitário, causaria perdas de eficiência devido à possibilidade de

O sistema cascata surgiu com interesse de diminuir as perdas de fibras. Esses sistemas podem ser arranjados com 3 a 4 estágios, sendo instalados normalmente quando se produz polpa branqueada(19). O sistema cascata poderá ser direto ou reverso. Cascata reversa é aquele em

fibras de boa qualidade serem arrastadas junto aos rejeitos (Figura 47)

que o aceite do depurador secundário vai para a alimentação do primário (Figura 48). O sistema cascata direto é aquele quando o aceite do depurador secundário vai para o fluxo de aceite do primário.

Suponha que se introduza 100 kg de polpa no sistema com 1 kg de sujeira (SF), sendo que a taxa de rejeito de fibra igual a 15% e que a eficiência de depuração seja de 90%, a seguir é apresentado um cálculo de perdas com a utilização desse tipo de sistema.(8)

Todavia, a decisão de qual sistema deva ser utilizada ou qual a extensão da depuração, devese observar previamente o retorno econômico do sistema adotado.

202

alimentação

aceite

rejeitos

Figura 47 – Sistema de estágio unitário (Fonte: Funo,1995,p.236)

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Figura 48 – Sistema de arranjo em cascata (Fonte:Smook, 1990,p.109)

É aquela depuração empregada para sequências de branqueamento, no qual é aconselhável a utilização de depuradores em série no primeiro estágio de branqueamento (principalmente em seqüências TCF), devido os agentes de branqueamento não alcançarem alvejar os shives, logo se aconselha a máxima retirada dos mesmos via depuração.

energia ser um pouco menor do que o sistema aberto. A principal desvantagem desse sistema é a não tolerância a perturbações operacionais, se houver tamponamentos, os rejeitos não têm para onde ir e em segundos o depurador ficará entupido. Para reduzir essa sensibilidade é normal dimensionar mais o sistema. Essa opção de sistema é de amplo uso devido ao seu baixo custo de instalação e a aplicação de controladores programáveis.(8)

4.6.4 Sistemas abertos

4.7 Cálculo da eficiência dos depuradores

É aquele método em que há tanques intermediários com agitação de 2 a 3 min de tempo de residência ou retenção. A vantagem desse método é a maior flexibilidade operacional devido ao tanque pulmão introduzido para absorver eventuais desequilíbrios na depuração.

A desvantagem é o custo de investimento e operacional, pois necessitam da construção de um tanque e energia para a agitação.(8)

O desempenho dos depuradores se mede, em termos de capacidade de eliminação de impurezas:(8) ER = (SI – SA ) / SI

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4.6.3 Sistemas em série

203

ER = Eficiência da depuração SI = % em massa de rejeitos no fluxo de alimentação S A = % em massa de rejeitos no fluxo de aceitos

4.6.5 Sistemas fechados

Q = (SR - SA ) / SR Q = quociente de depuração S A = % em massa de rejeitos no fluxo de aceitos

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Esse sistema é relativamente moderno, não possui tanques, tanto os aceites bem como os rejeitos são alimentados diretamente no estágio seguinte. Esses sistemas possuem menor custo de investimento, pois exigem menor quantidade de tubulações e não necessitam da construção de tanques, além do custo de

Todavia há outra forma de expressar o funcionamento de um depurador:

Fabricação de Celulose

SR = % em massa de impurezas no fluxo de rejeitos Suponha que se introduza 200 kg de polpa no sistema e 1,5 kg de sujeira, sendo que a taxa de rejeito de fibra igual a 17% e que a eficiência de depuração seja de 90%, a seguir é apresentado um cálculo de perdas com a utilização desse tipo de sistema. 

taxa de rejeitos (%) = Quantidade total de rejeitos/Quantidade de polpa alimentada 0,17 = Quantidade total de rejeitos / 200 Quantidade total de rejeitos = 34 kg



quantidade de aceites (kg) = Quantidade total de polpa – Quantidade total de rejeitos

Nota-se aqui uma perda de fibras de 34 kg para cada 200 kg de fibras alimentadas, logo em uma fábrica de 1000 ton/dia teríamos uma perda de 170ton/dia de fibras boas, levando em conta que o custo da tonelada de celulose em torno de US $ 600, perderíamos por ano cerca de US$ 33.660.000 em um ano operacional de 330 dias, algo completamente inaceitável.

4.8 Tratamento de rejeitos Com a depuração, nos vem a questão: o que fazer com os rejeitos? A melhor resposta depende do arranjo da fábrica, mesmo assim vamos citar algumas opções possíveis:(8) 

downgrading (entende-se como uso do rejeito para produção de um produto menos nobre);



aterro sanitário;



recozimento (isso é mais aplicado para o caso dos nós ou cavacos crus);



refinação ou desfibramento.

Aceite = 200 – 34 = 66 kg de fibras boas

204 

com a eficiência de rejeição de 90%, temos:

ER = Eficiência da depuração SI = % em massa de rejeitos no fluxo de alimentação S A = % em massa de rejeitos no fluxo de aceitos SR = SI - SA = 1,5 – 0,6 = 0,9 kg de impurezas no rejeito

ER = (SI – SA ) / SI 0,9 = (1,5 – SA ) / 1 SA = 1,5 – 0,9 = 0,6 kg

4.9 Problemas operacionais - tamponamento e entupimento 4.9.1 Depuradores probabilísticos

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O tamponamento (blinding) do cesto ocorre quando a camada de fibras da polpa próxima à superfície do cesto colapsa devido à pressão, formando um lençol de fibras sobre a superfície, diminuindo ou impedindo o fluxo de aceite. O

O entupimento (plugging) de um cesto ocorre quando a consistência no lado de alimentação sobe até o ponto de causar problemas no acionamento ou na capacidade. Se o problema não for resolvido rapidamente o motor pode até frear. Os sintomas de entupimento são semelhantes aos de tamponamento, sendo que o fluxo de rejeito pode cair, e a carga do motor normalmente sobe.(8) A limpeza do cesto se faz em ambos os casos, fechando a válvula de aceite e esperando que os pulsos negativos do rotor provoquem o desentupimento dos furos através do rejeito.

Fechar a válvula de alimentação também resolve, mas poderá levar mais tempo. Uma forma de prevenir é instalar um alarme e promover uma sequência de automatização de limpeza.

Recomenda-se trabalhar com baixa consistência ou proteger o hidrociclone através da instalação de outros hidrociclones de grande diâmetro com objetivo de eliminar os materiais grosseiros suscetíveis de causar tamponamento em unidades de pequeno diâmetro. Há outra forma de minimizar esses efeitos, através da colocação de uma peneira desfloculadora antes dos hidrociclones, com a meta de eliminar os agregados de fibras.

Outro problema comum nos hidrociclones é a possibilidade de introduzir ar junto à polpa, o que pode ser um problema em algumas aplicações, principalmente antes da máquina de papel.

Como existe um núcleo vazio que se estende desde o extremo do orifício de saída até ao tubo de aceitos, há uma forte tendência a recolher ar quando se utiliza uma descarga livre. A entrada de ar pode ser impedida mediante uma descarga submersa ou com uma descarga de rejeitos descentralizada para romper o núcleo vazio na câmara de rejeitos. Deve-se ater em relação ao método utilizado para impedir a entrada de ar, a fim de que não afete a eficiência do hidrociclone.(20)

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fluxo de rejeito aumenta e o controlador de fluxo reage para diminuí-lo. A carga no motor pode ficar constante ou até diminuir. A pressão diferencial tomará valor máximo. O efeito de tamponamento pode ser causado pelo excesso de aceites para certas condições operacionais(8).

205

Nos hidrociclones, da mesma forma que nos depuradores probabilísticos, o principal problema de funcionamento é o entupimento do orifício de saída de rejeitos, com material estranho, acúmulos de fibras ou mesmo polpa de alta consistência. Normalmente dimensionase o orifício para se ter um nível de rejeitos razoável, porém às vezes seu tamanho deve ser incrementado para evitar tamponamento.(19)

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4.9.2 Depuradores por peso

Fabricação de Celulose

206

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Fabricação de Celulose

R

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