ABT 200437 Congresso e

Exaoïcªo Anual

de Celulose e Papel3tAnnusl Pulp and Papar

Congresa ExFibition

18 a 21 de Outubro Sªo Paulo Brasil

otobar e no 2ao4

Evaluation of multiple effect kraft evaporation process throughexperimental data and operacional parameter analysis

George Aiberto Avelar Costa Marceio Cardoso Universidade Federal de Minas

Gerais Song Won Park Escola PolitØcnica da Universidade de Sªo PauloHamilton Sauio Moreira Brandªo Celulose Nipo Brasileira SA Cenibra

ABTCPn4macàueasieaaenac ctiise e ratei

ABTCP ASSOCIA˙ˆO BRASILEIRA TÉCNICA DE CELULOSE E PAPEL

Rua Zequinha de Abreu 27 PacaembuSªo Paulo 5P Brasil CEP 01250050

Fone 11 38742700 Fax 11 38742730

email abtcp@abtcporgbrwwwabtcporgbr

AnÆlise de dados e parªmetros operacionais para avaliaçªo de um

sistema de evaporaçªo mœltiplo efeito do processo Kraft

Evaluation of multiple effect Kraft evaporation process through experimental data and

operational parameter analysis

George Alberto Avelar Costa Marcelo Cardoso Song Won ParkzHamilton Saulo Moreira Brandªo3

1 Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Minas Gerais UFMG Belo

Horizonte MG2 Escola PolitØcnica da Universidade de Sªo Paulo USP Sªo Paulo SP

3 Celulose Nipo Brasileira SABelo Oriente MG

Resumo

Com o objetivo de se avaliar futuramente a influŒncia da viscosidade do licor negro no sistema de

evaporaçªo mais especificamente no fenômeno de transferŒncia de calor foi efetuado um

levantamento de dados e parâmetros de processo da Unidade de Evaporaçªo II da Cenibra Duranteum período de quatro meses entre Maio e Setembro de 2003 informaçıes tais como consumo de

vapor taxa de alimentaçªo e produçªo de licor do sistema temperaturas e pressıes a cada corpo de

evaporaçªo entre outros foram coletados de hora em hora De posse desses dados foi elaboradauma anÆlise da performance de operaçªo com o auxilio do simulador comercial WinGEMS 53ondeos parâmetros nªo mensurados diretamente como por exemplo o consumo de vapor a concentraçªode sólidos secos e o próprio coeficiente global de transferŒncia de calor U para cada corpo de

evaporaçªo puderam ser determinados e analisados Os modelos de avaliaçªo do simulador

WinGEMS propostos mostraramsesatisfatórios uma vez que forneceram um erro relativo mØdio

de24 para os cÆlculos do consumo de vapor vivo e de25 para a economia de vapor A partir doconhecimento do comportamento do coeficiente U em cada corpo de evaporaçªo um modelo

matemÆtico poderÆ ser desenvolvido e equacionado como funçªo da viscosidade e demais

propriedades do licor bem como os dados de projeto dos equipamentos e das condiçıes de

operaçªo da unidade por meio de modificaçıes nas equaçıes propostas por Collier e Steinhagen

Abstract

In order to evaluate futuraly the influence of the viscosity of the black liquor in the evaporation more

specifically in the phenomenon of heat transference it was effected a data and process parameterscollecting of the Unit of Evaporation II of the Cenibra During a period of four months between Mayand September of 2003 information such as vapor consumption tax of feeding and production of

liquor temperatures and pressures to each effect among others had been collected hourly Of

ownership of these data an analysis of the performance of operation was elaborated with assists it ofthe commercial simulator WinGEMS 53 where the parameters not evaluated directly as for examplethe vapor consumption the concentration of solid dry and the global coefficient of transference of heat

U for each body of evaporation could have been determined and have been analyzed The modelsof evaluation of the WinGEMS simulator considered had revealed feasible a time that had supplied toan average relative error of 24 the calculations of the consumption of ative vapor and 25 for the

vapor economy A to leave of the knowledge of the behavior of coefficient U in each body of

evaporation a mathematical model could be developed and be equated as function of viscosity andthe properfies of the liquor as well as the data of project of the equipment and the readinesses of the

unit by means of modifications in the equations proposals for Collier and Steinhagen

Palavraschave Evaporaçªo Licor Negro Coeficiente Global de TransferŒncia de Calor Simulaçªo

Keywords Evaporation Black Liquor Heat Transfer Coeficient Simulation

Introduçªo

Atualmente um dos problemas enfrentados

pelas unidades de recuperaçªo do processoKraft relacionase à viscosidade do licor

negro e seu comportamento durante a sua

concentraçªo nos evaporadores de mœltiploefeito O acrØscimo no teor de sólidos secosocorrido com a evaporaçªo da Ægua altera as

características do licor tornandoomaisviscoso e pegajoso afetando diretamente a

transferŒncia de calor e a taxa de evaporaçªono sistema de concentraçªo Soderhjelm1986 Um licor menos concentrado por sua

vez acarreta em uma reduçªo na eficiŒncia

energØtica da caldeira de recuperaçªo com

reduçªo na produçªo de vapor e da eficiŒnciade conversªo do sulfato de sódio a sulfeto de

sódio bem como um aumento das emissıesde SOZ e HZS Adams et al 1997

Uma das alternativas para se contornar o

problema imposto pelo acrØscimo da

viscosidade Ø a adoçªo de tØcnicas de

reduçªo de viscosidade tratamento tØrmico ou

adiçªo de sais que conduzam a ganhos reaisna concentraçªo final do licor negro Todaviapara se precisar esses ganhos tornasenecessÆrio o conhecimento do impacto da

reduçªo da viscosidade no desempenho daunidade de evaporaçªo Entretanto a

complexidade dos balanços envolvendo um

sistema de evaporadores de mœltiplo efeitoinibem avaliaçıes quantitativas A presença de

corpos paralelos tanques de evaporaçªoflash prØ e pósaquecedores reciclos entre

outros torna os cÆlculos manuais muitodifíceis A determinaçªo do coeficiente globalde transferŒncia de calor assim como a

capacidade de evaporaçªo sªo dados de vital

importância na avaliaçªo de um sistema de

evaporaçªo

Avaliaçªo do sistema de evaporaçªo

A primeira etapa na avaliaçªo da unidade

correspondeu ao levantamento do fluxogramade engenharia da planta de evaporaçªo II daCENIBRA SA Celulose NipoBrasileira SAlocalizada a 230km de Belo Horizonte no

município de Belo Oriente MG De posse do

fluxograma e acompanhando a operaçªo na

planta industrial estabeleceuse as conexıes

e interligaçıes entre os equipamentos da

unidade entre eles os corpos de evaporaçªoos tanques de evaporaçªo flash as bombas

de recirculaçªo e transporte de licor bem

como todas as tubulaçıes de licorcondensado e vapor Com a seqüŒnciaestabelecida foi elaborado um fluxograma no

simulador WinGEMS versªo 53 PacificSimulation 1994 uma vez que a

complexidade dos cÆlculos envolvendo

sistemas de evaporaçªo mœltiplo efeito inibe

qualquer avaliaçªo quantitativa manual

Edwards e Baldus 1978

Conforme esquematizado na Figura 1 a

unidade II de evaporaçªo da planta industrial

da Cenibra Ø constituída de seis efeitoscontendo um total de oito corpos de

evaporaçªo do tipo filme descendente de

placas sendo o primeiro efeito constituído por03 corpos No primeiro efeito a operaçªo de

lavagem contínua Ø conduzida em um dos

corpos enquanto os outros dois operamnormalmente Ao fim de um determinado

período de tempo a lavagem Ø alternada de

modo a proporcionar uma limpeza adequadaem todos os 03 equipamentos Salientasequea lavagem Ø efetuada normalmente com licor

negro fraco aproximadamente 20mh e o

produto da lavagem Ø enviado paraconcentraçªo diretamente no 3efeito onde a

corrente se une ao produto do 4 efeitoseguindo o fluxo normal contracorrente com o

vapor

Seguindo o fluxograma da Figura 1 temse

que o licor negro fraco isto Ø com

concentraçªo de aproximadamente 18 de

sólidos Ø alimentado no sexto quinto e quartoefeitos nas proporçıes aproximadas de 43 50e 7 respectivamente Segue em fluxo

contra corrente ao fluxo do vapor e ao sair do

primeiro efeito Ø expandido em um tanqueflash onde ocorre a œltima etapa de

concentraçªo antes de ser enviado aos

tanques de estocagem de licor concentrado

Quanto às adiçıes de vapor nos evaporadoresde mœltiplo efeito elas ocorrem em trŒsentradas independentes localizadas no

primeiro efeito sendo uma entrada para cada

corpo de evaporaçªo O vapor gerado neste

efeito segue para os 05 efeitos restantes Ocondensado obtido em cada efeito Ø por sua

vez encaminhado para tanques de expansªoflash e o vapor obtido Ø reaproveitadojuntamente com os evaporado como meio de

aquecimento do efeito seguinte

Uma outra importante adiçªo de calor ao

sistema ocorre com a adiçªo de vapor na

coluna de lavagem do condensado

contaminado com gases nªo condensÆveis

GNC Essa coluna stripper coluna de

recheio recebe todo o condensado de cada

2

corpo de evaporaçªo e efetua a separaçªodos gases atravØs da lavagem sob contatodireto com vapor de baixa pressªo A mistura

vaporGNC contendo uma grande quantidadede energia passível de aproveitamento Øencaminhada para um conjunto de placasexclusivo no 3 efeito onde ocorre uma trocade calor com o licor do próprio efeito Aliocorre a condensaçªo do vapor que retorna

para a coluna de separaçªo e o GNC obtido Ø

enviado para queima na caldeira de biomassa

A Tabela 1 apresenta os dados de operaçªodo sistema de evaporaçªo da unidade II da

Cenibra

Tabela1Dados de operaçªo do sistema de

evaporaçªo da unidade II da Cenibra

Vapor vivo Licor

alimentado

Vazªo 74600 kgh 483600mh

Temperatura 1517C 861 C

Pressªo 36 kgfcmz

Teor de154sólidos dis

Perdas TØrmicas Estimadas

1e 2efeitos 103 ao 6efeito 05

Simulaçªo do sistema de evaporaçªo

A partir do fluxograma levantado foi criado no

simulador um modelo envolvendo blocos prØdefinidos pertencentes à biblioteca do

programa WinGEMS semelhante à

abordagem de Edwards e Baldus 1978 e

Cardoso et al 1998 As simplificaçıestomadas envolveram a eliminaçªo das linhasde baixa vazªo que nªo interferem no

fechamento dos balanços de massa e energiae a eliminaçªo do ciclo de lavagem e do corposob lavagem no primeiro efeito Na seqüŒnciade lavagem do 1 efeito como os trŒs corposA B e C sªo iguais nªo se justifica pelacomplexidade da operaçªo a adoçªo dessa

alternância no simulador Assim o fluxogramafoi adotado com apenas dois corpos no 1

efeito um concentrando o produto do 2 efeitoe o outro enviando o licor concentrado aos

tanques de estocagem

Assim com o fluxograma do processo e com

os dados de entrada do sistema obtevese um

balanço de massa e energia da evaporaçªo A

Figura 2 apresenta o fluxograma da unidade

de evaporaçªo criado no simulador WinGEMS

Foram especificados os dados das correntes

de entradas de licor Temperatura Vazªo e

Concentraçªo as temperaturas do evaporadode cada efeito e a concentraçªo do licor negrofinal obtendose como resposta as

concentraçıes vazıes pressıes e

coeficientes globais de transferŒncia de calorde cada corpo de evaporaçªo alØm doconsumo total de vapore a economia dosistema As especificaçıes foram conduzidas

compartilhando os dados previamenteformatados numa planilha eletrônica do Excelcom o WinGEMS atravØs de um programaescrito em linguagem Visual Basic O

procedimento consiste no envio das

informaçıes da planilha ao WinGEMS após o

fornecimento de todos os dados necessÆriosinicia a iteraçªo para convergŒncia do cÆlculoO critØrio de convergŒncia Ø o alcance da

concentraçªo de sólidos secos no licorconcentrado final com o valor fornecido

durante a entrada de dados Antes de finalizaro programa gerenciador testa a convergŒnciado WinGEMS e se alcançada retorna os

valores calculados a uma outra planilha doExcel Esse procedimento Ø repetido vÆriasvezes atØ que todos os conjuntos de dados

sejam calculados e analisados

Validaçªo dos modelos de anÆlise

Para a validaçªo dos modelos contidos no

simulador WinGEMS foram coletados os

dados horÆrios de operaçªo da unidade de

evaporaçªo II da Cenibra incluindo as

temperaturas pressıes e vazıes de vapor e

licor bem como as informaçıes de

concentraçªo de sólidos secos do licor na

saída do 2 efeito e do licor negro concentrado

final fornecidas pelos refratômetros da

unidade O período dos registros analisado foide Maio à Setembro de 2003 com um volume

de dados em torno de 2800 pontos Cada

ponto corresponde a um conjunto de dados

mØdias horÆrias registrados para cada

equipamento somando um total de 38

variÆveis conforme listado na Tabela 2

Os dados foram obtidos a partir dos relatórios

impressos cerca de 115mi1 dados Em

seguida foram tabulados em uma planilhaeletrônica do Excel e preparados para a

utilizaçªo pelo programa WinGEMS Os dados

relativos a açıes de início de operaçªo bemcomo os de interrupçıes do processo porestarem ligados a períodos transientes foramselecionados e eliminados do conjunto de

dados com o intuito de evitar fechamentos

incorretos dos balanços simultâneos de massa

e energia

Tabela 2 VariÆveis contidas em um conjunto de dados de entrada do simulador WinGEMS

VariÆveis

temperatura pressªo e vazªo do vapor vivo no 1 efeito 03

temperatura e concentraçªo do licor fraco 02

distribuiçªo do licor fraco entre 4 5e 6 efeitos 03

temperatura concentraçªo e vazªo de licor concentrado 03

temperatura do licor temperatura do vapor e pressªo em cada21

corpo de evaporaçªovazªo de vapor de baixa pressªo vazªo de condensado e

03pressªo na coluna de stripper

temperatura e vazªo da Ægua do condensador de superfície 02

concentraçªo do licor na saída do 2efeito 01

38

Resultados

O erro relativo mØdio dado pela equaçªo 1 foicalculado a partir da diferença do valor de uma

variÆvel obtida na planta industrial com o valorda mesma variÆvel predito pelo simulador

WinGEMS Para o consumo de vapor vivo no

1efeito o ERM foi de24A Figura 3 a e

b apresenta uma comparaçªo entre os

valores da planta industrial reais e os

preditos pelo simulador para o consumo de

vapor JÆ a Figura 4 exibe uma comparaçªoentre os valores de economia da plantaindustrial e os preditos pelo simuladorWinGEMS Analisando a Figura 4 percebeseque de uma forma geral a economia de

evaporaçªo predita permaneceuaproximadamente constante com mØdia de

53 e desvio padrªo de 08 relativamenteinsensível ao comportamento real do

processo Todavia essa insensibilidade nªo

chega a ser deletØria porque a faixa de

variaçªo foi pequena assim como o erro obtido

para essa variÆvel que foi de25ERM

ERM1 YeoiYomoao

1n 1 Yreal

Os ERMs para a economia e consumo de

vapor foram satisfatórios uma vez que os

dados utilizados foram obtidos a partir de

mØdias horÆrias das leituras dos instrumentosNesse período de tempo podem ocorrer

perturbaçıes bruscas do processo que levamao registro de mØdias que nªo correspondema uma realidade estacionÆria de estabilidade

operacional Preventivamente a fim de se

verificar a eficÆcia da convergŒncia do

programa plotouse na Figura 5 a

concentraçªo de sólidos secos do licor negroconcentrado obtido na planta industrial com o

teor de sólidos obtido pelo WinGEMS O

critØrio de convergŒncia adotado foi o alcance

da concentraçªo de sólidos da planta industrial

dentro de uma tolerância fixada em 05 A

distribuiçªo dos pontos segundo uma linha

reta na Figura 5 indica que todos os pontosanalisados convergiram adequadamente Isso

Ø importante porque reforça a eficÆcia do

balanço de massa global do sistema

Verificado a eficÆcia do balanço global do

sistema de evaporaçªo determinouse as

pressıes concentraçıes de sólidos as

elevaçıes dos pontos de ebuliçªo as

diferenças de temperatura 4T e os coeficientes

globais de transferŒncia de calor de cada

corpo de evaporaçªo A partir dos dados

obtevese os perfis dessas variÆveis para o

sistema de evaporaçªo

A Figura 6 apresenta a comparaçªo dos perfisde pressªo real e predito ao longo do sistemade evaporaçªo A Figura 7 apresenta a

comparaçªo entre os valores reais e

estimados para a pressªo do evaporado nos

corpos do primeiro efeito JÆ a Figura 8

apresenta a mesma comparaçªo para o corpode evaporaçªo do 2efeito

Os valores de EPE preditos pelo programasimulador estªo de concordância com os

valores calculados pela correlaçªo citada porNguyen e Venkatesh 1992 Essa correlaçªoavalia o EPE em funçªo do teor de sólidossecos presentes no licor segundo a equaçªo2 e pela anÆlise da Figura 9 percebesenovamente uma resposta satisfatória da

simulaçªo desenvolvida

EPE EPEso i

S

1005

4

IILs mm III

i

j1

H s i

iï r

ja

I

Eti 4L

z ri

IfIL

II 1f

k

i

4Vy

11i1

1

VaoitoEECTRL Lìcor Negro Fraco

0 aiLicor Negroïœncentrado

aQdi Vapor para o Condensador

Vapor do Strípper a rntrhr

r 9TM 7359mmHyiz

rl100 C

iI I I fI I I I I STMff

I I I 7G4 mvhr I I

I 3 bars I I149C

I I I I G2a mUhrT

339rrtrhr348mtlhr

II

HEAOEFliz I 4 II I

I G mtrhrI X54

I

mUr1 49 rnUhr I I I

i Ly 1

c

y 11I 1 i liouUhr 163 mUyoihr Æ 2587mtYquorlhr

I ne 1c

riias 304 mass

T

I I I23mUhr

9G m3 iotallhr630I rnas

i

Licor Concentrado i a3mJhr

I12 2 mGhr

Condensado doVapor Vívo

STMIA

jxa

I

G57mVhr

f

1STMiX

C rSTMX

56 54 j

I f I

G27mtrhr i G93mUhr 4 mtrhr

Condensado Licor da lavagempara oStripper do Efeìto IC

Figura 2 a Fluxograma do 1 ao 5efeitos da planta de evaporaçªo da unidade II da Cenibrarepresentado no simulador WinGEMS

`gua deResfriamento

CondensadoContaminado

Figura 2 bj Fluxograma do 6efeito da planta de evaporaçªo da unidade II da Cenibrarepresentado no simulador WinGEMS

1000900

950 Æ

900 v750

v oco 000

a850 600

0o

o

0800

450 0

ó 750

7000 r h

o

300

y R650

Ú 8ç 9n

o 150

600

Co

00

V 550 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000

500

500 600 700 800 900 1000 Vapor real c Vapor predito

Gonsumo de vapor vivo real tlh

Figura 3Comparaçªo entre os valores reais e preditos pelo simulador WinGEMS para o

consumo de vapor vivo

Para as pressıes dos evaporados dos corposA e B do primeiro efeito os erros foram de78e 49 respectivamente e para o 2

efeito o ERM foi de 21 Isso mostra que o

balanço efetuado pela WinGEMS foi

apropriado pais conseguiu reproduziradequadamente os resultados esperados com

erros satisfatórios

É importante ressaltar a diferença entre o

aspecto dos grÆficos de pressªo dos carposdo 1 efeito A e B da Figura 7 com o do 2

efeito da Figura 8 No primeiro as pontosparecem discretos enquanto que nos demais

a distribuiçªo parece mais uniforme O aspectodiscreto surge da qualidade da informaçªoobtida pelos transmissores de pressªo do 1efeito que enviam ao sistema supervisório da

unidade um sinal que Ø lido em kgfcmZ com

divisªo de escala de 01 kgfcmZ Os demais

efeitos tŒm o sinal registrado em mmHg com

menor escala iguala 1 mmHg Como cada

variaçªo de 01kgfcmZ equivalem a 736

mmHg e coma para a faixa de operaçªo do

equipamento a sensibilidade Ø na casa dasunidades de mmHg a forma discreta dos

dados no primeiro efeito fica explicada

7

At

Æ

O

V

W

46 X78 50 52 54 56 58 60

Economia real

Figura 4Comparaçªo entre os valores reaise estimados para aeconomia de vapor do

sistema de evaporaçªo

1800

lsoo y1400

lzoo

looo

800

N 600

Æ aoo

200 Ar

0

IA IB II III IV V VI

oPredito o Real

Figura 6 Perfis de pressªo do evaporadoreal e calculado ao longo da unidade de

evaporaçªo

A Figura 10 apresenta o perfil de concentraçªode sólidos secos no licor negro ao longo dosistema de evaporaçªo Podese observarnessa Figura que os valores medidos pelosrefratrômetros na unidade industrial coincidemcom os valores calculados

A Figura 11 apresenta os dados do coeficiente

global de transferŒncia de calor U preditospelo simulador WinGEMS para cada corpo de

evaporaçªo Nela foram traçados os grÆficosde U ao longo do tempo desde o início da

operaçªo em Maio atØ a interrupçªo em

Setembro de 2003 A primeira observaçªo Ø

que os valores de U obtidos para os

evaporadores de filme descendente de placasconcordam com os descritos na literatura

segundo Nguyen e Venkatesh 1992 e Foust

1982 dentro de uma faixa de 3400 a 10000kcalh1m20C1 A segunda Ø que a dispersªodos pontos aumenta com o acrØscimo do teor

de sólidos dissolvidos acrØscimo de sólidosmodifica o comportamento reológico do fluido

e aumenta a incidØncia de deposiçªo que porsua vez afeta o processo provocandooscilaçıes periódicas no U A própria

SUUóV

0 780

N

u 760dN

a 740

ı 0

N

m 720C

Ur700

Æ

Ú 680m

oi 660VC

0

V640

640 660 680 700 720 740 760 780 800

Concentraçªo real de sólidos secos do licor concentrado

Figura 5 Comparaçªo entre os valores reais e

estimados para o teor de sólidos secos no licor

negro concentrado

sistemÆtica de lavagens periódicas no 1 efeito

tambØm Ø uma fonte periódica de oscilaçıes e

a ela Ø creditada a causa da larga dispersªoobservada para os carpos A e B do 1 efeito

22000

20000

E

18000

O

a

Æ 16000

d

Æ 14000

ı

Æ 12000

N

i 10000

n

0 Q O OG

OJ

0

n

8

o

B

Da

o

o

0 0

8

9

800010000120001400016000180002000022000

Pressªo real do evaporado IAmmHg

a

s

2zoo 0

20000

m 180000

ó 16000

a 14000

ı

Æ lzooo

0

o

0

0

0

e

ª

o

a o

o

o

o

00

o

d 10000Æ

8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000

Pressªo real do evaporado IB mmHg

Figura 7 Comparaçªo entre os valores

reais eestimados para a pressªo do

evaporado nos corpos do 1 efeito acorpo IA eb corpo IB

auo

R

11500

a

10500

tl

9s9o5

Y s59o

Æ

N 7500Æ

a

6590

6500

ÆFGo

g0Go

0G

G

G

v

tl GQ p

a

7500 8500 9500 10500 11500

Pressªo real do evaporado II mmHg

Figura 8 Comparaçªo entre os valoresreais e estimados para a pressªo do

evaporado no 2efeito

is

16

14

12V

10

ws

aW

6

4

2

a

IA IB II III IV V VI

n EPE Nguyen 1992

Figura 9 Perfil do EPE no sistema de

evaporaçªo

so

70

60

50

O ao

30O

ó zod

10

0

Correlaçıes para a determinaçªo docoeficiente global de transferØncia de calor

A simulaçªo efetuada com o programaWinGEMS permitiu o levantamento dosvalores dos coeficientes globais de

transferŒncia de calor para cada corpo de

evaporaçªo A partir desses dados podesedesenvolver um equacionamento quedescreva seu comportamento frente as

variÆveis de processa assim como sua

dependŒncia em relaçªo ao licor processado e

âs características dos equipamentos

A determinaçªo das relaçıes dos coeficientes

globais de transferŒncia de calor em funçªo de

nœmeros adimensionais tais como Reynolds e

Prandtl serªo de grande importância paratrabalhos futuros AtravØs dessas relaçıes o

problema de transferŒncia de calor poderÆ ser

equacionado em funçªo de variÆveis do

sistema tais como viscosidade do licortemperaturas pressıes e vazıes Com isto a

partir das proposiçıes citadas por Collier e

Thome 1994 e MüllerSteinhaghen e

lamialahmadi 1995 um modelo para a

ebuliçªo sob convecçªo forçada nos

evaporadores de filme descendente serÆobtido

Sendo U o coeficiente global de transferŒncia

de calor que para um equipamento operado

das contribuiçıes das

i pela conveccªo no

vapor condensante ii pela parededa superfície de aquecimento e ìii

Invecçªo no lado do licor em

ento o equacionamento do problemaØ possível com o conhecimento da

yªo de cada termo

U1

31 l 1

jladododacor ladodovpor

IA IB II III IV V VI

ePredito Real

Figura 10 Perfil deyesojMY z

sólidos secos presentes no licor na

unidade industrial real ecalculado

preditono sistema de evaporaçªo

Quanto as oscilaçıes verificadas para cada

corpo ao longo do tempo estas sªo alvo deum estudo mais detalhado e por isso fogem ao

escopo deste trabalho

O coeficiente convectivo do lado do licor podeser obtido pela definiçªo do n de Nusseltdado pela razªo hD

f IRe a6 PrNu

ja3

a1 aZ f tPr5

9

Conclusªo

O modelo de avaliaçªo do simulador

WinGEMS proposto mostrouse satisfatóriouma vez que forneceu erros relativas mØdios

Ut

Ø

V

Y

C

z

U

Y7

ry

VY

de 24to para as cÆlculos do consumo de

vapor vivo e de 25lo para a economia de

vapor economia essa com mØdia de 53 e

desvio padrªo iguala 008

a

3000

L

2000

UY

1000

lsoü

1250

w 1000

iec

Yï50

500

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

d

z

U

Y7

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

gFigura 11 Caeficientes globais de transferØncia de calor preditos pela WinGEMSacorpo IA

do 1 efeito b corpo IB do 1 efeito c 2 efeito d 3 efeito e 4efeito f 5efeitog 6efeito

10

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

a

0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

b

0 500 1000

flfl15002000 2500 3000

J

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

te

A partir do conhecimento do comportamentodo coeficiente U em cada corpo de

evaporaçªo um modelo matemÆtico serÆdesenvolvido e equacionado como funçªo da

viscosidade e demais propriedades do licorbem como os dados de projeto e das

condiçıes operacionais da unidade por meiode modificaçıes nas equaçıes propostas porCollier e Thome 1994 e MüllerSteinhagen e

Jamialahmadi 1995

Quanto às correlaçıes de U de posse dessas

equaçıes serÆ possível uma avaliaçªo dos

impactos e conseqüŒncias de alteraçıes na

viscosidade do licor negro ou mesmo na

configuraçªo do processo

O modelo proposto permitiu uma anÆlisedetalhada de toda a unidade de evaporaçªo e

os valores dos coeficientes globais de

transferŒncia de calor de cada corpo de

evaporaçªo puderam ser obtidos

Nomenclatura

aa6 constantes específicasA Ærea de troca tØrmica mZD diâmetro hidrÆulico do escoamento

EPE elevaçªo do ponto de ebuliçªo CEPEeoc elevaçªo do ponto de ebuliçªo para

um licor com 50 de sólidos secos

dissolvidos Cff fator de atrito do escoamento

hlatlolicor coeficiente convectivo no lado dolicor

hlatlovapor coeficiente convectivo no lado do

vaporn nœmero de dados operacionaisS teor de sólidos secos dissolvidos no

licor negroU coeficiente global de transferŒncia

de calor kcalkgmZCycalculatlo dado de processo obtido pelo

programa WinGEMS

yreai dados de processo obtido na

unidade industrial

Re nde ReynoldsrnDPr nde Prandtl cp

condutividade tØrmica do licor

viscosidade dinâmica do licor

NsmZ

Literatura Citada

ADAMS T N FREDERICK WmJ GRACETM HUPA M LISA K JONES AK

TRAN H Kraft Recovery Boilers 1a edTappi Press New York 1997

CARDOSO M PASSOS M L A CARAZZAF SANTOS S M Avaliaçªo preliminar do

processo de recuperaçªo do licor de eucaliptopara sua otimizaçªo O Papel 10 pp 80841998

COLLIER J G THOME J R Convective

boiling and condesation 3a ed ClarendonNew York 596p 1994

EDWARDS L L BALDUS R F Multipleeffect evaporation systems for kraft black liquor

Evaluation and design Tappi 61 3 pp 75

78 1978

FOUST A S Princípios das OperaçıesUnitÆrias 2a ed Guanabara Dois Rio de

Janeiro 670p 1982

Pacific Simulation Inc 19992004WinGEMS programa de simulaçªo paraindœstrais de papel e celulose versªo 53wwwpacsi m com

MÜLLERSTEINHAGEN H JAMIALAHMADIM Subcooled flow boiling heat transfer tosolutions and mixtures EngineeringFoundation Conf on Flow Boiling BanffCanada 1995

NGUYEN X N VENKATESH VEvaporation and concentration of black liquorem Chemical recovery in the alkaline pulpingprocess 3a ed Tappi Press Atlanta pp 5

35 1992

SÕDERHJELM L Viscosity of Strong Black

Liquor Paperi ja Puu Paper och Trâ 9 pp642652 1986

11