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PROCESSO DE DIMENSIONAMENTO BÁSICO DE UMA LINHA DE EVAPORAÇÃO E DESCONTAMINAÇÃO DA ÁGUA EVAPORADA DO
LICOR NEGRO NA INDÚSTRIA DE CELULOSE
DOS ANJOS, Matheus Fernandes 1
MORAES, Francisco de Assis Bertini2
RESUMO: Na produção do processo Kraft muitos produtos químicos são utilizados e resíduos são produzidos. Os resíduos devem ser tratados antes de serem descartados para o meio ambiente ou até mesmo reutilizados no processo. O licor negro é um dos resíduos gerados nesse processo. Este deve ser lavado e separado da polpa para que seu conteúdo químico seja recuperado, formando o licor negro fraco. Para utilizar esse resíduo no processo é necessário concentrar o mesmo, ou seja, deve haver a evaporação da água do licor negro fraco. Durante o processo de evaporação há a formação de condensado contaminado com impurezas do licor. Este condensado deve ser submetido ao processo stripping, permitindo a remoção de até 90% dos contaminantes. Os gases volatizados nesse processo são incinerados em sistemas específicos com lavagem de gás ou incinerados no forno de cal, enquanto a parte menos contaminada dos condensados é utilizada em outras partes do processo. A empresa fictícia BSPC Papel e Celulose está trabalhando com a capacidade máxima e isso está causando problemas na qualidade do efluente, já que seu sistema de evaporação e stripping não estão sendo eficientes. Devido a isso foi apresentado duas propostas que foram comparadas de acordo com a análise econômica, definindo os custos de investimentos, reduções de custos e os impactos ambientais para ambas. A proposta 1 foi a mais viável sendo que seu custo de investimento é menor, a partir da escolha foi elaborado um projeto de redimensionamento de um conjunto de evaporadores e uma coluna stripper. PALAVRAS-CHAVE: Licor negro. Evaporação. Stripping.
ABSTRACT: In the production of the Kraft process many chemicals are used and waste is produced. The waste must be treated before being disposed of in the environment or even reused in the process. Black liquor is one of the waste generated in this process. This must be washed and separated from the pulp so that its chemical content is recovered, forming the weak black liquor. In order to use this residue in the process it is necessary to concentrate it, that is, there must be the evaporation of water from the weak black liquor. During the evaporation process, condensate contaminated with liquor impurities is formed. This condensate must be subjected to the stripping process, allowing the removal of up to 90% of the contaminants. The gases volatized in this process are either incinerated in specific systems with gas washing or incinerated in the lime kiln, while the less contaminated part of the condensate is used in other parts of the process. The fictional company BSPC Papel e Celulose is working at maximum capacity and this is causing problems in the quality of the effluent, since its evaporation and stripping system are not being efficient. Because of this, two proposals were presented that were compared according to the economic analysis, defining investment costs, cost reductions and environmental impacts for both. Proposition 1 was the most viable, since its investment cost is lower, based on the choice, a project was developed to resize a set of evaporators and a stripper column.KEYWORDS: Black liquor. Evaporation. Stripping.
1. INTRODUÇÃO1 Graduando em Engenharia Química, pela faculdade Municipal Professor Franco Motoro – FMPFM, de Mogi-Guaçu – SP. E-mail: [email protected]
2Graduado em Engenharia Química, pela Universidade Estadual de Campinas. Mestrado em Engenharia da produção pelo Centro Universitário de Araraquara. Professor da Faculdade Municipal Professor Franco Montoro – FMPFM, de Mogi-Guaçu – SP. E-mail: [email protected]
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O processo Kraft de produção de celulose trata a madeira em forma de
cavacos em vasos de pressão (digestores) com soda caustica e sulfeto de sódio. O
objetivo deste processo é a dissolução da lignina para obtenção de uma pasta forte
(Kraft significa forte em alemão), preservando a resistência das fibras. (AMARAL,
2008, p.48). Este processo é subdivido nas seguintes etapas: descascamento,
picagem, cozimento, depuração, branqueamento e recuperação do licor.
Durante todo o processo, muitos produtos químicos são utilizados e resíduos
são produzidos, havendo, então, uma necessidade de tratá-los antes de serem
descartados para o meio ambiente ou até mesmo reutilizados no processo. Já que
para a produção da polpa de celulose é necessário que a madeira descascada e
picada seja cozida em um digestor com substâncias químicas, havendo a dissolução
e remoção da lignina; separando as fibras e tornam-se polpa.
Um dos resíduos oriundo do cozimento da madeira é o licor negro. E este deve
ser lavado e separado da polpa para que seu conteúdo químico seja recuperado.
O licor negro pode ser definido como uma solução aquosa constituída de
compostos orgânicos (lignina, polissacarídeos, compostos resinosos e de baixo peso
molecular) e inorgânicos (alguns sais). Esta composição é alterada de acordo com o
tipo da madeira e as condições de tratamento do mesmo. (CARDOSO, 1998, p.10).
A composição típica do licor negro pode ser demonstrada na tabela abaixo:
Tabela 1 - Composição do Licor Negro
Composto % Sólidos SecosLignina
Açucares29 - 40
0,1 - 1,5Ácidos orgânicos 1 - 14
Alcoóis < 1Compostos Orgânicos desconhecidos 10 - 30
Compostos Inorgânicos desconhecidos < 2Sais Inorgânicos 18 - 30
Orgânicos combinados com Sódio 8 - 10
Fonte - GUERADO 2012, P.21
A recuperação química é essencial para a fabricação de celulose, pois está
diretamente relacionada com a viabilidade econômica e ambiental do processo. Na
etapa de queima do licor negro concentrado são recuperados produtos químicos
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utilizados no processo do cozimento e geração de energia elétrica. (CASTRO, 2009,
p.13)
Uma característica física de muita importância do licor é a concentração de
sólidos sendo ideal entre 70 a 75%, pois quanto menos água, maior seu rendimento
energético. (MORAES, 2011)
A recuperação desse licor é realizada, basicamente, pelos evaporadores de
múltiplo efeito, responsáveis pela concentração do mesmo. Quando o licor negro
concentrado é queimado, este libera energia para a geração de vapor. Quanto maior
o teor de sólidos deste licor melhor é a operação da caldeira de recuperação, pois
além de resultar na elevação da temperatura de operação da caldeira, resulta,
também, em uma maior eficiência térmica na geração de vapor. (CARDOSO, 1998)
No processo estudado o licor negro sai dos evaporadores com cerca de 40 a
45% de sólidos após isso é enviado para outra etapa de concentração, podendo
chegar até 75% de sólidos. (MORAES, 2011)
1.1 JUSTIFICATIVA Nos últimos cinco anos, a empresa BSPC Papel e Celulose têm aumentado
consideravelmente sua produção de celulose em torno de 20 toneladas por ano,
trabalhando atualmente na sua capacidade máxima de 1.800 toneladas por dia.
Devido a isso o setor de evaporação e tratamento de condensado ficou
demasiadamente sobrecarregado em relação aos setores de fibras, caldeira de
recuperação, caustificação e forno de cal. Essa sobrecarga no processo tem
causado uma instabilidade no tratamento do condensado, consequentemente,
contaminando o processo de celulose e também causando uma instabilidade no
tratamento do efluente; apesar de ainda estar atendendo as exigências da
Resolução 357 de 17 de Março de 2005 do CONAMA que determina as condições e
padrões de lançamentos de efluentes em rio classe 2.
Outro motivo para o aumento da capacidade do setor de evaporação e
descontaminação de condensado é a necessidade do reaproveitamento de água,
pois durante os últimos dez anos houve uma queda de vazão do rio de
abastecimento da fábrica devido ao aumento populacional da região.
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2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL Este trabalho tem como objetivo simular uma licitação de redimensionamento
básico de um conjunto de evaporadores e uma coluna stripper, permitindo o
aumento da produção da fábrica, estabilidade do processo e do tratamento do
efluente.
2.2OBJETIVO ESPECÍFICO O objetivo específico desse trabalho foi desenvolver um projeto de
redimensionamento, e para isso foi necessário:
Propor duas alternativas de projeto de redimensionamento dos equipamentos;
Comparar as propostas considerando: custos de investimento, impactos
ambientais, reduções de custos, viabilidade econômica;
Realizar todos os balanços de massas e energias envolvidos no processo;
Elaborar fluxograma do processo;
Dimensionamento básico dos equipamentos.
3. REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 EVAPORAÇÃO A evaporação é uma operação unitária cuja finalidade é concentrar uma
solução através da vaporização do solvente na ebulição.
Durante essa operação ocorrem vários processos diversos. Inicialmente ocorre
a transferência de calor do meio calefator (responsável pelo aquecimento) para a
solução. Seguido da transferência simultânea de calor e massa do líquido para a
fase de vapor.
Um evaporador é constituído basicamente por um trocador de calor,
responsável pela fervura da solução, e um dispositivo responsável pela separação
da fase vapor do líquido em ebulição. (FOUST; WENZEL; CLUMP; MAUS; &
ANDERSEN; 1982, p.436).
Existem vários tipos der evaporadores, como:
Evaporador de tubos horizontais;
Evaporador de tubos verticais;
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Evaporadores de circulação forçada;
Evaporador vertical de tubos longos;
Evaporador de película turbulenta;
Evaporador com combustão submersa.
Além disso, todos esses evaporadores podem operar de diversas maneiras,
como:
Simples efeito;
Múltiplo efeito: Concorrente (ou alimentação direta);
Mista;
Contracorrente (ou alimentação inversa);
Compressão: Mecânica eTérmica;
Múltiplos Efeitos de Expansão;
Bomba de calor.
De acordo com o seguinte trecho do livro “Chemical Recovery in Alkaline
Pulping Processes” escrito pelos autores Robert P. Green e Gerald Hough, pode-se
afirmar que o evaporador ideal para o processo estudado é o com tubos verticais
longos e operando por múltiplos efeitos: Com o objetivo de reduzir a necessidade de vapor gerado externamente, a concentração de licor negro é quase sempre realizada com um sistema de evaporação de múltiplos efeitos. Em tal sistema que consiste em vários evaporadores ou efeitos, o vapor é fornecido apenas para o primeiro efeito na pressão mais alta, e o vapor evoluído de um efeito de alta pressão é utilizado para fornecer calor para o próximo efeito a uma pressão mais baixa, o vapor de o último efeito sendo evacuado e condensado. Os evaporadores são geralmente de tamanho igual e construção semelhante, a fim de reduzir o custo de capital [...]. O moderno evaporador de licor negro do tipo vertical de tubo longo (LTV) foi desenvolvido após um período de testes e modificações. Ele substituiu completamente o tipo anterior de tubo horizontal. (1968, p.25)
3.1.1. EVAPORADOR DE TUBOS VERTICAIS LONGOS COM CIRCULAÇÃO NATURAL
Os evaporadores de tubos verticais longos com circulação natural não utilizam
bombas de circulação. Neste tipo de evaporador a alimentação do fluido a ser
evaporado é feita pelo topo dos tubos longos verticais, escorrendo pelas paredes
dos tubos abaixo, no mesmo sentido que o gás de evaporação. Devido a isso o
tempo de contato é curto, resultando em uma maior fração de evaporação. (FOUST,
WENZEL, CLUMP, MAUS, & ANDERSEN, 1982, p.439)
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Figura 1- Evaporador de tubos verticais longos com circulação natural.Fonte: FOUST, WENZEL, CLUMP, MAUS, & ANDERSEN 1982, p.439.
3.1.2. MÚLTIPLO EFEITO CONCORRENTE O processo de evaporação de múltiplo efeito é a associação de vários
evaporadores. Neste método o vapor gerado no primeiro evaporador é utilizado
como o fluido de aquecimento de um seguinte evaporador. Isso só é possível se o
segundo evaporador possuir pressão menor que o primeiro, possibilitando que a
solução entre em ebulição em temperaturas cada vez menores. Essa diferença de
pressão permite que a variação da temperatura na superfície da caixa de vapor do
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segundo evaporador seja sempre positiva. Dessa maneira há a redução do vapor
consumido.
No caso estudado os evaporadores operam em um sistema de alimentação
direta (concorrente), isto é, os fluidos do processo e o vapor de água seguem o
mesmo sentido. A vantagem dessa operação é que não são necessárias bombas
para o deslocamento da solução de um efeito para o outro. A desvantagem é que
todo o aquecimento da carga ocorre no primeiro efeito, gerando menor quantidade
de vapor pelo aquecimento de água, o que diminui a economia.
Figura 2 - Esquema de evaporador de múltiplo efeito com alimentação direta.Fonte: FOUST; WENZEL; CLUMP; MAUS & ANDERSEN 1982, p.445.
3.2. PROCESSO DE DESSORÇÃO (STRIPPING)
No processo de dessorção o gás solúvel é transferido do líquido para a fase
gasosa, já que a concentração no líquido é maior do que a concentração de
equilíbrio com o gás. Ou seja, este processo é responsável pela remoção de um
componente de um líquido pelo contato com uma fase gasosa. (FOUST; WENZEL;
CLUMP; MAUS & ANDERSEN, 1982, p.12)
A alimentação da coluna de stripping, por um líquido volátil, é feita pelo topo
descendo em níveis de cascata através dos pratos até atingir o fim do equipamento.
Já o vapor é introduzido no fundo da coluna, seguindo ao topo do equipamento.
Dessa maneira o líquido e o vapor são misturados, ocorrendo uma
transferência de massa e energia até que atinjam uma condição de equilíbrio;
durante esse processo de aquecimento do líquido de alimentação o componente
volátil presente no mesmo passa de fase líquida para gasosa, sendo separado da
solução.
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O número de pratos necessários é determinado pela volatilidade relativa do
componente que se deseja separar e as características físico químicas do líquido de
alimentação. Ou seja, quanto maior a volatilidade do componente, menor será o
número de pratos necessário.
Figura 3 – Esquema de funcionamento de uma coluna de dessorção.Fonte: MORAES & SILVA 2014, p. 3
3.3. EVAPORAÇÃO DO LICOR NEGRO, GERAÇÃO E TRATAMENTO DO CONDENSADO DO CONTAMINADO
A evaporação do licor negro é o processo de transferência do calor fornecido
pela condensação do vapor em contato com a superfície de aquecimento das placas
do evaporador de múltiplos efeitos com seis efeitos. Após esse processo, o licor
negro atinge a concentração de sólidos entre 40 a 45 %, como descrito
anteriormente.
Os condensados gerados durante essa etapa podem ser classificados em três
grupos, conforme sua composição:
Condensado A ou Primário: Originário dos primeiros efeitos pode ser
classificado como vapor condensado puro, pois não contém nenhum tipo de
impureza. É retirado dos cilindros secadores das máquinas e dos
concentradores do licor negro. Esse tipo de condensado não passa por um
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tratamento específico antes de alimentar as caldeiras, ele somente passa por
um processo de filtragem para a remoção das fibras antes de ser
armazenado. (AMARAL,2008, p.58)
Condensado B ou Secundário: Originário dos outros efeitos do processo de
evaporação; o vapor utilizado nesse processo da origem a um condensado
contaminado, este pode ser enviado para a lavagem da polpa e a
caustificação, para lavagem de lama e limpeza dos filtros. A condutividade
deste deve estar entre 450 μS/cm a 600 μS/cm. Caso haja excesso deste
condensado este será direcionado para o ETE (Estação de Tratamento de
Efluente). (AMARAL,2008, p.58)
Condensado C: Este condensado é contaminado com o licor negro. Possui
condutividade na faixa de 1000 μS/cm a 1300 μS/cm, antes de serem
armazenados são tratados na torre de stripping. Na torre há a separação dos
compostos reduzidos de enxofre (TRS), metanol e mercaptanas. O metanol é
reutilizado durante a queima do forno de cal e os outros gases seguem para o
incinerador de gases. O condensado tratado deve ter condutividade igual à do
condensado B, caso o contrário deve retornar para a evaporação.
(AMARAL,2008, p.59)
Conforme descrito acima os condensados mais contaminados são submetidos
ao processo stripping, permitindo a remoção de até 90% dos contaminantes, de
acordo com o pH. Os gases volatizados nesse processo são incinerados em
sistemas específicos com lavagem de gás ou incinerados no forno de cal. Enquanto
a parte menos contaminada dos condensados é utilizada na lavagem de polpa,
lavadores de gases e reposição de água para a preparação do licor negro. Dessa
maneira pode haver a redução de 50% da demanda química de oxigênio (DQO),
quando comparado ao tratamento dos condensados mais contaminados. (PIOTTO,
2003, p.178).
4. MATERIAIS E MÉTODOS Para elaborar o projeto de redimensionamento dos equipamentos seguiu-se a
apostila fornecida e elaborada pelo professor orientador Me. Francisco de Assis
Bertini Moraes. A partir dessa apostila foi possível organizar de maneira técnica,
seguindo todas as etapas necessárias como:
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Apresentação: Esse tópico apresenta os principais motivos pelo qual o
redimensionamento foi licitado, de maneira clara e resumido.
Definição da capacidade de produção: Nesse tópico consta a apresentação
detalhada dos problemas atuais, a produção atual do processo e a produção
esperada após o redimensionamento.
Análise das propostas: Nessa etapa há a apresentação das propostas e a
comparação das mesmas considerando os custos dos investimentos, as
reduções de custos para o processo e os impactos ambientais.
Estudo da viabilidade econômica: Apresenta o estudo e comparação da
viabilidade econômica de todas as propostas de redimensionamento.
Organização de projeto: Consiste na apresentação e definição das licenças
de instalação e operação, organogramas de pessoas e interfaces, método
para a coleta dos dados; padronização dos documentos e normas; sistema de
unidades utilizados no projeto e os padrões de segurança.
Fluxogramas de processos: Elaboração do fluxograma simples do processo.
Balanço de massa e energia.
Fluxograma de processo P&I.
Utilidades: Elaboração de um fluxograma de blocos com todos as interações
do processo com o restante da fábrica, indicando os principais consumos,
fluxos e concentrações.
Projeto das operações unitárias: Cálculos de dimensionamento dos
equipamentos e elaboração da ficha de especificação e desenho técnico.
Estratégia de Intertravamento: Definição de qual sistema de controle será
utilizado, para garantir a estabilidade e segurança do processo. Além da
exemplificação desse sistema.
Recomendações de segurança e operação (HAZOP): Definição e explicação
do HAZOP.
Recomendações de comissionamento e “Start – UP”: Definição das ações
necessárias durante o “Start - Up” do processo e elaboração de um checklist
de comissionamento.
Considerações finais.
Referências bibliográficas.
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Neste artigo foram detalhados a metodologia e os resultados principais para o
redimensionamento dos equipamentos.
O projeto de redimensionamento dos equipamentos foi desenvolvido a partir
do seguinte estudo de caso: A fábrica de celulose BSPC Papel e Celulose tem
operado em capacidade máxima, de 1.800 toneladas de celulose por dia. Essa
situação está exigindo que alguns equipamentos trabalhem acima da sua
capacidade máxima de projeto, tornando-os menos eficientes. A MFA Projetos LTDA
foi licitada para redimensionar os equipamentos relacionados ao processo de
tratamento do licor negro. Os equipamentos a serem redimensionados são:
Conjunto de Evaporadores de Múltiplos Efeitos;
Sistema de Descontaminação de Condensado (Coluna Stripping).
Para desenvolver esse projeto, inicialmente, foi necessário a apresentação de
duas propostas de projeto, sendo elas:
Proposta 1 - adicionar um efeito no evaporador do tipo LTDV, aumentar a
quantidade de pratos na coluna de Stripping já existente.
Proposta 2 – Adicionar um efeito no evaporador do tipo fallingfilm e substituir
a coluna de Stripping.
Para escolha da melhor proposta foi realizado a análise econômica, definindo
os custos de investimentos, reduções de custos e os impactos ambientais para
ambas.
A partir da comparação desses dados foi definida a proposta mais eficiente
para o processo.
Após a escolha da proposta foi necessário elaborar os fluxogramas com as
interações e dados do projeto, com o auxílio do programa Microsoft VISIO versão
2014.
Os dados do projeto foram obtidos a partir da realização de balanços de
massa e energia dos equipamentos.
A partir desses dados, foi possível realizar o dimensionamento do projeto e
elaborar o desenho técnico do equipamento, com o auxílio do programa AutoCAD
2015.
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5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Inicialmente foi feito o levantamento dos custos, impactos ambientais e
redução de custo para cada proposta.
A tabela 2 apresenta o orçamento de custos de investimento de cada proposta,
ou seja, foram determinados com o auxilio e experiência do professor orientador
deste projeto todos os gastos necessários para a efetuação do projeto, como:
Projetos, instrumentação, materiais, equipamentos, treinamentos, mão de obra para
montagem, entre outros.
Tabela 2 - Tabela comparativa das propostas em relação aos custos de investimentos
Descrição Proposta 1 Proposta 2
Projeto de dimensionamento BásicoProjeto de DetalhamentoProjeto Mecânico, Elétrico e InstrumentaçãoProjeto de utilidades (elétrica, ar comprimido, água, produtos químicos)Projeto CivilEquipamentos (1 ou 2 efeitos de evaporação condensadores , ejetores, pratos de coluna de Stripping, coluna de destilação, trocadores de calor, bombas, válvulas, medidores e instrumentação)Montagem Civil (Prédios e Base)Montagem Mecânica (equipamentos)Montagem tubulaçõesMontagem elétricaMontagem instrumentaçãoMontagem automaçãoContingênciasTestes de EquipamentoComissionamentoTreinamento e start – UpTotal
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180.000,00450.000,00250.000,00100.000,00
50.000,00
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700.000,003.000.000,00700.000,00250.000,00700.000,00120.000,00750.000,00150.000,0050.000,0050.000,00
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A tabela 3 compara as propostas conforme a redução de impactos ambientais.
O nosso processo influencia diretamente o tratamento de efluente, por isso para
comparação foram definidos os valores da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
na entrada e saída do efluente e 200m acima e abaixo da descarga. Os dados foram
obtidos com auxilio do orientador do projeto junto a International Paper do Brasil.
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Tabela 3 - Tabela comparativa das propostas em relação à redução de impactos ambientais
Descrição Condição Atual Proposta 1 Proposta 2
Vazão de efluente (m3/s)DBO Entrada ETE (mg/L)DBO Saída ETE (mg/L)
Vazão do rio (m3/s)DBO 200m acima do rio (mg/L)DBO 200m abaixo do rio (mg/L)
0,868164,496,8
60,004,405,80
0,69444,025,9
60,004,404,70
0,69414,78,6
60,004,404,50
A tabela 4 compara as propostas em relação a reduções de custos no
processo, ou seja, o quanto cada proposta impactará na economia de vapor, ganho
na geração de temperatura, eficiência na evaporação de água e concentração do
licor negro, aumento na produção e redução do custo da biomassa. Os dados foram
obtidos com auxilio do orientador do projeto junto a International Paper do Brasil.
Tabela 4 – Tabela comparativa das propostas em relação as reduções de custo
Descrição Condição Atual
Proposta 1 Proposta 2
Produção – t/dEconomia Evaporação – ton.H2O. Evaporada/ton.VaporTemperatura da água morna gerada na Evaporadora (°C)Temperatura da Água desmineralizada gerada no Stripping (°C)%Sólidos no Licor Negro na Caldeira de recuperaçãoAumento de produção de vapor na Caldeira de Recuperação – ton/hRedução de Biomassa na Canldeira de Biomassa – ton /dRedução no custo de Biomassa – R$/ano
18004.30
38,00
55,00
65,00
0,00
0,00
0,00
20005,00
48,00
65,00
75,00
15,00
140,00
4.200.000,00
20005,10
48,00
68,00
75,00
15,00
140,00
4.200.000,00
De acordo com as tabelas acima, nota-se que as propostas apresentadas
possuem melhorias ambientais e reduções de custos muito similares, ambas
apresentam redução de 20% do consumo de água na fábrica e diminuição
considerável na carga de DBO do efluente, regularizando o tratamento do ETE.
Além disso, possuem cerca de 15% de economia na evaporação e uma redução do
custo de biomassa de R$ 4.200.000,00 por ano.
394041
357358
359
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372
373
14
Dessa maneira a escolha da proposta deve ser definida apenas pela avaliação
dos custos de investimentos. Assim conclui-se que a proposta 1 é a mais viável, pois
possui um custo de R$3.650.000,00 menor em relação à proposta 2.
Além dessa comparação foi feito uma comparação da análise econômica de
ambas as propostas, afim de confirmar que a proposta 1 realmente é mais viável.
Obteve-se os seguintes resultados:
Tabela 5 – Resultados da análise econômica das propostas
Descrição Proposta 1 Proposta 2
VPL – R$TIR - %
Payback simples – anosPayback descontado – anos
ROI Simples - %Roi descontado - %
TMA - %
2.670.123,6322,96%
3,744,16
26,77%24,01%10,0%
2.145.024,8516,41%
4,525,28
22,11%18,93%10,0%
De acordo com a tabela 5 acima é possível reafirmar que a proposta 1 é mais
viável economicamente. Nota-se que além do valor do investimento da primeira
proposta ser inferior quando comparado ao da segunda (de 9.850.000,00 para
13.500.000,00 reais), possuindo a taxa interna de retorno (TIR) consideravelmente
maior (22,96% contra 16,41%). Além disso, tem como valor presente líquido (VPL)
maior que o da proposta 2, ou seja, a quantidade de dinheiro que irar sobrar após o
pagamento de todas as dívidas, incluindo as taxas e impostos, será maior do que a
da proposta 2.
Outro fator importante a ser considerado é que tanto o PAYBACK simples
como descontado são menores para a primeira opção, isso significa que o tempo
para o investimento começar a gerar lucro será menor que o da segunda opção (4,2
anos contra 5,3 anos). Consequentemente o Retorno Sobre o Investimento simples
e descontado (ROI) é superior ao valor da segunda opção, provando que o retorno
(lucro) sobre o valor investido é maior e a empresa terá um retorno financeiro mais
alto.
A partir da escolha da melhor opção de projeto, pode-se dar continuidade ao
processo de redimensionamento, inicialmente foi feito o fluxograma simples do
processo, facilitando o entendimento de todas as etapas do processo.
O próximo passo foi realizar os balanços de massa e energia para os
equipamentos, definindo os fluxos, vazões, concentrações, pressões e temperatura
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das entradas e saídas dos mesmos. Inicialmente foi realizado os cálculos para o
conjunto de evaporadores.
Tabela 6 – Resultados dos balanços de massa e energia para o conjunto de evaporador
Local Parâmetros 1°Efeito 2°Efeito 3°Efeito 4°Efeito 5°Efeito 6°EfeitoEntrad
aPressão do vapor (bar) 4,16 3,17 2,30 1,55 0,87 0,32
Temp. do vapor (°C) 151,84 143,23 133,26 121,83 108,49 89,62Fluxo de vapor (Kg/s) 32,77 29,35 24,66 21,00 18,36 16,53Fluxo de Licor (Kg/s) 188,08 158,73 134,07 113,07 94,71 78,18Temp. do Licor (°C) 90,0 145,06 135,45 124,64 112,45 95,91
Concentração do Licor (%)
15,0 16,88 19,29 22,50 27,00 33,75
Saída Vapor Produzido (Kg/s) 29,35 24,66 21,00 18,36 16,53 15,49Temp. do Vapor (°C) 145,06 135,45 124,64 112,45 95,91 70,35
Temp. do Saturado (°C) 151,84 143,23 133,26 121,83 108,49 89,62Fluxo do Licor (Kg/s) 158,73 134,06 113,07 94,71 78,18 62,69Temp. do Licor (°C) 145,06 135,45 124,64 112,45 95,91 70,35
Concentração do Licor (°C)
0,17 0,19 0,23 0,27 0,34 0,45
Após realizar os cálculos do evaporador foi possível calcular os balanços de
massa e energia do stripping.
Tabela 7 – Resultados dos balanços de massa e energia para o Stripping.
Local Parâmetros ValorEntrada Fluxo de condensado contaminado (kg/s) 75,01
Concentração de condensado contaminado (ppm) 9.200,00Temperatura do condensado contaminado (°C) 90,00
Volume de vapor saturado (Kg/s) 9,00Pressão de Vapor do Saturado (bar) 3,00
Saída Topo Fluxo de vapor + TRS (Kg/s) 12,75Concentração do vapor + TRS (ppm) 39.588,24
Temperatura do fluxo de vapor +TRS (°C) 95,00Saída Base Fluxo de condensado (Kg/s) 71,26
Concentração do condensado + TRS (ppm) 2.600,00
A partir desses cálculos foi possível elaborar o fluxograma com os dados dos
balanços de massa e energia do processo.
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Figura 4 – Processo de descontaminação da água evaporada.
17
Para concluir o projeto foram feitos os cálculos de todo dimensionamento de
cada equipamento, e dessa maneira pode-se elaborar os desenhos técnicos dos
mesmos.
A partir do método Kern para processos de transmissão de calor e com todos
os dados de processo determinado nas etapas anteriores foi possível dimensionar
todos os efeitos do evaporador.
Tabela 8 – Dimensões do conjunto de evaporador
LOCAL 1°Efeito 2°Efeito
3°Efeito 4°Efeito
5°Efeito 6°Efeito
Entrada tubulação de Licor (m) 0,3014 0,3014 0,3014 0,2257 0,2257 0,2257Entrada tubulação de vapor (m) 0,6781 0,6781 0,6781 0,5441 0,5441 0,5441
Entrada Tubulação de condensado (m)
- - - - - -
Saída Tubulação de Licor (m) 0,3175 0,3175 0,3175 0,2419 0,2419 0,2419Saída Tubulação de Vapor (m) 0,7995 0,7995 0,7995 0,9000 0,9000 0,9000
Saída Tubulação de condensado (m)
0,1108 0,1108 0,1108 0,0889 0,0889 0,0889
Diâmetro da carcaça (m) 1,097 1,049 0,977 0,914 0,867 0,836Número de tubos 838 761 649 561 499 459
Diâmetro externo (in) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0Espessura Parede (in) 0,065 0,065 0,065 0,065 0,065 0,065Diâmetro interno (in) 0,870 0,870 0,870 0,870 0,870 0,870
Comprimento tubo (in) 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0
Durante todo projeto foi descrito que o nosso conjunto de evaporador possuía
6 efeitos, porém foi-se orientado fazer apenas dois desenhos, sendo que o primeiro
desenho do efeito do evaporador representa os efeitos 1, 2 e 3; e o segundo
desenho representa os efeitos 4; 5 e 6. Para isso foi feito a média das dimensões
dos efeitos 1, 2 e 3 e 4, 5 e 6. A partir desses dados foi elaborado o desenho técnico
do evaporador nos efeitos 4, 5 e 6.
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Figura 5 – Desenho técnico do evaporador.
Para calcular as dimensões da coluna stripper foi utilizado o método descrito
por James R. Fair. (GODOI, 2020)
Tabela abaixo contém todos os resultados.
Tabela 9 – Dimensões da coluna Stripper
Local Dimensão
Diâmetro (m)Espaçamento de pratos (m)
Altura total (m)Altura de pratos
Altura do topo (m)Altura do Fundo (m)Altura da Calota (m)
2,100,60
23,4019,201,203,000,30
545556
433
434435436
437
438
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441
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19
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Iniciou-se o projeto a partir da necessidade de redimensionar o processo de
evaporação e stripping de uma fábrica de celulose. Foram apresentadas duas
propostas e a partir da avaliação das mesmas foi determinada a proposta mais
viável para o processo.
Após essa escolha foi possível realizar todos os estudos e cálculos para a
elaboração de fluxogramas, dimensionamento e desenho técnicos dos
equipamentos.
Esses estudos permitiram que o autor desse projeto utilizasse conhecimento
em cálculos, operações unitárias, termodinâmica, instrumentação, desenho técnico,
entre outros.
Durante o desenvolvimento do projeto, foram encontradas algumas
dificuldades, como por exemplo, efetuar de maneira correta balanços de massa e
energia. Para sanar essas dificuldades o projeto teve apoio do orientador, Francisco
Bertini, que foi de grande importância devido a sua grande experiência profissional
em processo de papel e celulose e desenvolvimento de projetos, explicando como
executar os cálculos e também fornecendo materiais de consultas para facilitar o
entendimento e a execução do mesmo.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Faculdade de Telêmaco Borba, 2009.
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Engenharia Civil, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2008.
575859
443444
445
446
447
448
449
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471
472
473
474
475
20
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606162
476
477
478
479
480
481
482
483
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487
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502
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505
506
507
508
21
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Sanitária, Universidade de São Paulo, 2003.
GODOI. Dimensionamento de uma coluna stripper para descontaminação de trs do condensado de um processo de evaporação na indústria de celulose. Monografia (trabalho de conclusão de curso) - Departamento de Engenharia
Química, Faculdade Municipal Professor Franco Montoro, 2020.
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