CARACTERIZAÇÃO E MODELAÇÃO DA LINHA DE FIBRA E ANÁLISE DO DESEMPENHO DA SEQUÊNCIA DE EQUIPAMENTOS DE LAVAGEM DE UMA FÁBRICA DE PASTA DE PAPEL

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oliveira, João Pedro Pais Alves de
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/10316/117775
Resumo: Dissertação de Mestrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
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This impact stems from two factors: on one hand, the amount of chemicals needed in the bleaching process decreases when efficient pulp washing is carried out; on the other hand, the black liquor obtained at the end of the washing process contains a higher amount of organic compounds, which consequently produce energy, and more inorganic compounds, which, once recovered, can be reused, reducing the need for new chemical make-up in the process. Washing can be improved with more efficient washing equipment placed at the most appropriate stage. Washing can also be optimized through the dilution factor, although a very high dilution factor reduces chemical consumption but increases evaporation costs, and vice versa. Celbi has several production stages, but the most relevant to this dissertation are the washing, screening, and oxygen delignification (LCO) stages, and the bleaching (BLEACH) stage. Right after the pulp is discharged from the digester, there is a washing stage. The LCO stage consists of three washing stages and one delignification stage. In the BLEACH stage, there are five washing stages and four bleaching stages, with the bleaching stages located between the washing stages. This alternation between washing and bleaching stages is advantageous because, during bleaching, the lignin removed passes from the pulp fibers to the liquor surrounding it, and if the pulp is washed immediately afterward, lignin does not accumulate in the liquors, which leads to reduced chemical consumption. To characterize the current fiber line of the mill, a laboratory component was necessary, where samples of pulp and liquor were collected from different washing equipment and analyses were conducted on the COD and pulp consistency. Since the pulp in the BLEACH zone is sensitive to the standard method used by the laboratory for COD analysis, alternative methods were required. From the results obtained, it was observed that the feed and discharge consistency of nearly all the washing equipment were close to the values for which the equipment was designed, and as expected, COD values decreased from one piece of equipment to the next, with the final washing equipment discharging pulp with less than 99% of the initial COD present at the digester discharge. Based on the COD values, the washing equipment's efficiency was also calculated, specifically the displacement ratio (DR) and the normalized Norden factor (E10). These results showed that the drum displacement washer (DDW) had the best performance in the pulp washing line, and before the O2 stage, the plant had a total E10 of 14.55, demonstrating good overall washing efficiency up to the O2 stage. The effect of abnormal washing equipment operation on the process was also studied, revealing that it requires higher chemical dosages. Finally, the COD analysis of the samples helped establish relationships between the COD in the pulp discharged from the BLEACH press 1 and the amount of chemicals dosed in the PO, D1, and P stages. The experimental values obtained were essential for developing the model that describes the pulp washing line. This model allowed the current operation of the mill to be simulated under steady-state conditions, with deviations between the experimental COD values and those predicted by the model ranging from -5.33% to 40.40%. The largest deviation was associated with BLEACH press 4. A sensitivity analysis was also conducted on the variables of total H2O2 dosage and COD in the acidic effluent relative to the dilution factor (DF) and the A condensate flow rate. It was found that for higher values of DF and A condensate flow, the total H2O2 dosage and COD in the acidic effluent decreased. Based on the current washing line model, possible scenarios for equipment configurations that would increase washing efficiency and reduce chemical consumption were studied, using the replacement of older, lower-capacity equipment as the criterion for designing these scenarios. The simulation of these scenarios was performed for a pulp production of 2800 ADt/day, a value higher than the current production. It was concluded that the most effective scenario is Scenario 2, due to the reduction in the amount of chemicals dosed. Scenario 2 involves the installation of a new DDW to replace presses 3A and 3B of the LCO. Additionally, press 3A of the LCO will replace presses 3A and 3B of the BRANQ. The model enabled an economic analysis regarding the value of DF. It was found that for a higher DF value, the costs associated with chemical dosages decrease, while evaporation costs increase. An ideal DF value of 2.4 m³/ADt was determined. However, under the current conditions of the mill, it is not possible to operate the process at this DF value.No processo de produção de pasta para papel a etapa de lavagem da pasta tem um tremendo impacto global nas fábricas desta indústria. Dado que a quantidade de compostos químicos necessários no branqueamento diminui quando é efetuada uma lavagem eficiente da pasta, como também, o licor negro que se obtém no fim da lavagem possui uma maior quantidade de compostos orgânicos que, por combustão, produzem energia e, maior quantidade de compostos inorgânicos que, sendo recuperados, poderão ser reutilizados, diminuindo o make-up de novos compostos químicos adicionados ao processo. A lavagem pode ser melhorada com equipamentos de lavagem mais eficientes e por via do fator de diluição. No entanto, um fator de diluição muito elevado diminui o consumo de compostos químicos, mas aumenta os custos de evaporação e vice-versa. A Celbi possui várias etapas de produção, mas as mais relevantes são as etapas da lavagem, crivagem e deslenhificação com oxigénio (LCO) e do branqueamento (BRANQ). A etapa LCO possui 3 estágios de lavagem e 1 de deslenhificação. Na etapa BRANQ há 5 de estágios de lavagem e 4 de branqueamento sendo que os estágios de branqueamento localizam-se entre os estágios de lavagem. Esta intercalação entre estágios de lavagem e de branqueamento é vantajosa porque no branqueamento a lenhina removida passa das fibras da pasta para o licor que a envolve, e se de seguida a pasta for lavada não há acumulação de lenhina nos licores, o que potencia um menor consumo de compostos químicos. Para caracterizar a atual linha de fibra da fábrica foi necessário realizar uma componente laboratorial, onde se recolheram amostras de pasta e de licor dos diferentes equipamentos de lavagem e efetuadas análises ao CQO e à consistência das pastas. Uma vez que as pastas da zona BRANQ são sensíveis ao método standard utilizado pelo laboratório para a análise do CQO, foi necessário utilizar métodos alternativos. Com os resultados obtidos percebeu-se que a consistência da alimentação e da descarga de quase todos os equipamentos de lavagem estava perto dos valores para os quais os equipamentos foram projetados e que, como era esperado, os valores de CQO diminuíam ao longo da linha, sendo que no último equipamento de lavagem a pasta é descarregada com menos de 99% do CQO inicial presente na descarga do digestor. Com os valores de CQO também se calculou a eficiência dos equipamentos de lavagem, nomeadamente, a razão de deslocamento RD e do fator de eficiência de NORDEN normalizado (E10). Concluiu-se com estes resultados que o drum displacement washer (DDW) é o equipamento com melhor performance na linha de lavagem da pasta e que antes do estágio de O2 a fábrica tem um E10 total de 14.55, o que demonstra que até ao estágio de O2 há uma boa eficiência global de lavagem. O efeito que o funcionamento anómalo de um equipamento de lavagem tem no processo também foi estudado sendo percetível que obriga a uma maior dosagem de compostos químicos. Por fim, a análise ao CQO das amostras permitiu obter relações entre o CQO presente na pasta de descarga da prensa 1 do branqueamento e a quantidade de compostos químicos doseados nos estágios PO, D1 e P. Os valores obtidos experimentalmente foram essenciais para o desenvolvimento do modelo que descreve a linha de lavagem de pasta. Com este modelo foi possível simular o funcionamento atual da fábrica em estado estacionário, sendo que os desvios obtidos entre os valores de CQO experimentais e os do modelo variam entre -5.33 e 40.40%. O maior desvio está associado à prensa 4 do branqueamento. Foi também feita uma análise à sensibilidade das variáveis da dosagem total de H2O2 e do CQO no efluente ácido relativamente ao fator de diluição (FD) e ao caudal de condensado A, onde se obteve que para maiores valores de FD e de caudal de condensado A, a dosagem total de H2O2 e o CQO no efluente ácido diminuíam. Com base no modelo da linha de lavagem atual foram-se estudar cenários possíveis de configurações de equipamentos de lavagem que permitiriam aumentar a eficiência de lavagem e a redução do consumo de compostos químicos, usando como critério para desenhar esses cenários a substituição de equipamentos mais antigos e com menores capacidades de produção. A simulação destes cenários foi efetuada para uma produção de pasta de 2800 tpsa/dia, valor superior ao de produção atual. Concluiu-se que o cenário mais eficaz é o Cenário 2, devido à redução na quantidade de compostos químicos doseados. O Cenário 2 consiste na instalação de um novo DDW para substituir as prensas 3A e 3B do LCO. Além disso, a prensa 3A do LCO vai substituir as prensas 3A e 3B do BRANQ. O modelo permitiu realizar uma análise económica relativamente ao valor de FD. Verificou-se que para um maior valor de FD os custos associados à dosagem de compostos químicos diminuem e os custos de evaporação aumentam. Obteve-se um valor idea de FD de 2.4 m3/tpsa. No entanto, para as condições atuais da fábrica, não é possível operar o processo com este FD.2024-10-092030-10-08T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/117775https://hdl.handle.net/10316/117775TID:203828690porOliveira, João Pedro Pais Alves deinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-04-02T17:35:20Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/117775Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:11:40.293877Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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