Technical Article

Kappa 6timo de co imentouma ferramenta versatil paraa melhoria

Optimum Kappa Cooking a Versatile Tool to Improve the Financial Performance ofan Eucalyptus Pulp Mill

Autores Annbritt Forsstr6m

Jiri Basta

Christian Blom

Palavras chave polpa de eucalipto cozimento deslignifica9ao com

oxigenio branqueamento ECF simu

la9ao por computador produ9ao ren

dimento consumo de quimicos carac

teristicas de efluentes

o conceito anteriormente intro

duzido em algumas fabricas de celu

lose de fibras long a e curta de Nivel

Otimo de Kappa e aqui adaptado ao

processamento de celulose de euca

liptos Testes de laboratorio para au

mentar 0 numero kappa do cozimen

to indicam melhorias tanto de ren

dimento da polpa ao longo da linha

de fibras quanta em algumas propriedades da celulose branqueada Urn

numero kappa maior antes do bran

queamento gera maiores custos quimicos e niveis mais elevados de AOX

e DQO no efluente do branqueamento antes do tratamento Como nocaso

do branqueamento de fibras longaso aumento nesses niveis depois do

o

AbstractThe Optimum Kappa Level Concept that has previously been implemen

ted in some softwood and hardwoodpulps mills is here adapted for the

processing ofEucalyptus Laboratory trials to increase the cooking kappanumber show a higherpulp yield throughout the fiber line and an improvement in some properties of the bleached pulps A higherpulp kappa number

prior to bleaching gives higher bleaching chemical costs and higher levels

ofAOX and COD in the bleaching ejjluents prior to ejjluent treatment As

with the softwood bleaching ejjluents the increase in these levels after ejjluent treatment will be rather small and usually manageable

Simulations ofan Imaginary Eucalyptus Pulp Mill show a significantpotential to boost pulp production over 10 increase as a result of incre

asing the pulp yield and lowering the content ofdry solids to the recovery

when the cooking kappa number is increased by four kappa number units

Keywords eucalyptus pulp cooking oxygen delignification ECF blea

ching computer simulation production yield chemical consumption ejjluent characteristics

tratamento do efluente sera relativa

mente baixo e normalmente dentro

de limites administraveis

Simula90es de uma fabrica

imaginaria de celulose de eucalipto revelam significativo potencialpara a melhoria da produ9ao cres

cimento acima de 10 como re

sultado do aumento no rendimen

to da polpa e da diminui9ao do teor

de solidos secos enviados a recu

pera9ao quando se eleva 0 numero

kappa do cozimento em cerca de

quatro unidades

Referencias dos autores

Eka Chemicals AB Bohus Sue ciaE mails annbritt forsstrom@eka com jiri basta@eka com christian blom@eka com

Durante a ultima decada foram

introduzidas importantes modifica

90es nas tecnologias de cozimento

principalmente focadas na diminui

9ao do numero kappa pos cozimen

to Esses procedimentos de polpa9ao estendida contudo podem re

sultar em perdas substanciais de

rendimento 1 2 Os beneficios da

otimiza9ao do numero kappa do co

zimento como recurso para aumen

tar 0 rendimento da polpa foram

identificados 3 9 e realizados em

escala comercial 8 9 Tambem pa

rece haver tendencia para a utiliza

9ao do Conceito de Nivel de KappaOtimo para melhorar 0 desempenhofinanceiro das fabricas 10 A fa

brica Norrsundet na Suecia relata

como financeiramente atraente a

polpa9ao em niveis mais altos denu

mero kappa de cozimento Nessa

planta de polpa kraft de coniferas

o conceito tern sido praticado por

mais de urn ana 8

o presente trabalho pertencente a uma serie de estudos que tra

tam do Conceito de Nivel de KappaOtimo apresenta resultados de en

saios de laboratorio nos quais cava

cos de eucaliptos Eucalyptus grandis saligna foram cozidos a dife

rentes numeros kappa submetidos

a pre branqueamento por O2 e a se

quencia de branqueamentoD EOP DnD ate alvura ISO superior a 90 Os efeitos das variaoes

no numero kappa do cozimento fo

ram avaliados quanta a rendimento

e qualidade da polpa consumo de

quimicos de branqueamento e teo

res de DQO e AOXnos efluentes do

branqueamento Alem disso efetu

aram se simula90es na Universida

de de Tecnologia SciTech de Helsin

que na Finlandia para avaliar 0

potencial e as consequencias da ele

va9ao da produ9ao de polpa quandodo aumento do numerokappa do co

zimento em uma Fabric a Imaginaria de Polpa de Eucalipto

Materia primaCavacos industriais de eucaliptos Eu

calyptus grandL 60 saligna 40

Cozimento

Os cavacos foram classificados

manualmente cozidos num digestorcom circula9ao sob condi9oes seme

Ihantes as ITC ISO Thermal

Cooking da fabrica Os numeros

kappa apos 0 cozimento de 14 3 e

18 2 foram obtidos mediante a sele

ao de uma adequada combina9ao de

tempo temperatrura e teor de alcali

durante 0 cozimento Os niveis de al

cali residual foram os mesmos cerca

de 7 gL comoNaOH independentemente do numero kappa do cozimento

Equipamento e procedimentos

pre branqueamento O2 e branqueamento D EOP D

o equipamentos e os procedimentos padrao praticados no laboratorio da

Eka Chemicals para pre branqueamento O2 e branqueamento D EOP DPestao descritos em outraparte 11 12

Condiloes do pre branqueamento O2

As polpas lavadas com numeros

kappa de 14 3 e 18 2 foram prebranqueadas com O2 aplicando se

condioes que causaramredu9ao de

35 no numero kappa a pH final

de cerca de 11 5 As condi9oes uti

lizadas para a polpa com kappa de

14 3 foram de 60 min 110 oC e 13

kg de NaOH t de polpa enquanto

aquelas para kappa de 18 2 foram

de 50 min 1070C e 19 kg NaOHI t

de polpa Em todos os casos a pres

sao parcial do O2 foi de 0 5 MPa e

houve adi9ao de 0 5 kg de Mg21

Condiloes do branqueamentoD EOP DnD

Para ambas as polpas a carga de

peroxido no estagio EOP foi de 3

kg t Para celulose com numero

kappa do pre branqueamento O2 de

9 6 as cargas de dioxido de cloro

cloro ativo nos estagios Do D1 e

D2 foram de 14 4 e 2 kg t de polpaPara a massa com numero kappa do

pre branqueamento O2 de 11 6 as

cargas foram de 17 8 e 3 kg t de

polpa respectivamente

Analises

Alvura da polpa numero kappaviscosidade e AOX nos efluentes

foram determinados pela utiliza9aode normas padrao da Scan Os ni

veis de DQO nos efluentes foram

determinados conforme metodo do

Dr Lange Para a determina9ao da

reversao de alvura induzida por ca

lor foi utilizada norma padraoTappi As propriedades da polpa 0

conteudo de acidos hexenuronicos

HexA e a composi9ao do carboi

drato das polpas foram determina

dos na STFI Suecia com a uti

liza9ao de metodos Scan eISa

bem como de padroes internos

E

Resultados de lab oratorio

Em termos gerais 0 cozimento

com numero kappa mais alto for

nece maior rendimento de polpaque pode portanto ser urn meio

para economia de madeira Alem

disso maior rendimento de polpaapos 0 cozimento significa presen

9a de menos solidos secos para a

caldeira de recuperaao e conse

quentemente maior produ9ao de

polpa caso a inten9ao seja operar a

caldeira de recupera9ao a plenacarga A Tabela I mostra que 0 au

mento de rendimento de cerca de

1 5 associado a eleva9ao do nu

mero kappa apos cozimento de 14

para 18 e retido com aproximadamente esse valor durante 0 prebranqueamento O2 redU9ao do nu

mero kappa de 35 e tambem du

rante a sequencia de branqueamento D EOP DP para alvura ISO de

aproximadamente 90

1

o

Numero kappa 14 3 18 2 9 6 11 6 n d n d

Rendimento total 52 0 53 5 504 52 3 50 0 51 0

HexA Ilmolg 83 77 76 74 28 5

Hemieelulose reI 19 5 20 5 19 0 19 9 17 1 18 0

Carga da fi bra lJeq g 154 180 154 178 116 121

n d nao determinado

Tabela I Rendimento da polpa e propriedades ao longo da linha de fibras

Numero kappa do pre branqueamento O2

Alvura reversfvel unid ISO

Consumo CI02 total CI ativo kg t

9 6 11 6

20 28

Tabela II Propriedades basicas da polpa apos branqueamento e consumo

de CI02

Esse aumento de rendimento

corresponde a urn conteudo supe

rior de hemicelulose principalmente xilanas 0 que confere car

ga mais alta as fibras Pode se tam

bem constatar que a polpa com nu

mero kappa pos cozimento mais

alto contem menos acidos hexe

nuronicos HexA algo particularmente relevante apos 0 branqueamento no qual a polpa que entra

com 0 maior numero kappa exibe

teor de HexA muito baixo

A Tabela II mostra algumas pro

priedades basicas da polpa e 0 con

sumode dioxido de cloro como clo

ro ativo quando polpas pre bran

queadas com numeros kappa de 9 6

e 11 6 foram alvejadas ate alvura fi

nal de aproximadamente 90 ISO

A polpa do estagio O2 de kappa mais

alto indicou viscosidade superior e

reversao de alvura significativamente menor A menor reversao de al

vura pode ser relacionada pelo me

nos em parte ao teor muito baixo

oFigura 1 indice de tra ao vs oSR para polpas com diferentes numeros

kappa de cozimento

de HexA da polpa ao mesmo tempoem que a maior reversao de alvura

da polpa branqueada cozida e prebranqueada por O2 a numero kappamais baixo pode ser relacionada a

seu alto teor de HexA que por sua

vez e consequente da menor carga

do CI02 necessario para alcan9ar 0

objetivo final de alvura Tabela I

Tern sido recentemente demonstra

do que 0 CI02 e ferramenta eficien

te e seletiva na rem09ao de HexA

das polpas nao somente por meio

de hidrolise acida mas tambem

por uma a9ao oxidante 13E de se esperar que a polpa alve

jada com maior teor de hemicelulo

se numero kappa do cozimento mais

alto seja de refino mais facil e que

para determinado grau SR exiba in

dice de tra9ao mais alto 2 4 6 8

14 A Figura 1 demonstra que isso

realmente aconteceu com essa celu

lose de eucaliptoOs resultados da Tabela III que

indicam propriedades da polpa com

indice de tra9ao de 70 Nm g reve

lam que 0 indice de rasgo resulta li

geiramente melhorado enquanto al

gumas outras caracteristicas como

opacidade densidade e coeficiente

de dispersao da luz sao fortemente

afetadas pelas altera90es nos nume

ros kappa do cozimento e do prebranqueamento O2

A Tabela IV mostra que os ni

veis de AOX e DQO no efluente do

branqueamento aumentam com a

eleva9ao do numero kappa do co

zimento A redu9ao obtida median

te 0 tratamento do efluente pode va

riar consideravelmente a dependerdo tipo de polpa de eucalipto do

equipamento disponivel e da com

posi9ao quimica do efluente do

branqueamento 15 Os valores es

timados depois de tratamento ex

terno como indicado na Tabela IV

foram calculados aplicando se va

lores maximos de redu9ao de 80

para AOX e de 70 para DQOcomo reportado na literatura 16

Numero kappa do cozimento 14 3 182 DA

Numero kappa do pre branqueamento O2 9 6 11 6 Rendimento mais alto de polpa

Numero de rotacoes de refino 500 250 apos cozimento significa menos so

fndice de rasgo mNm2 g 10 11lidos secos para a caldeira de recu

pera9ao Resultados de simula9aoVolume bulk dm3 kg 1 41 140

com polpas escandinavas de coniOpacidade 727 734 feras 4 indicam que em regimeCoeficiente de dispersao da luz kg m2 32 32 constante de produ9ao de polpa au

Permeancia ao ar Il mpa s 21 23 mento de rendimento em polpa e

Tabela III Propriedades de polpas alvejadas depois de refinadas ate indice contrabalan9ado por menor alimen

de tra ao de 70 Nm g ta9ao de cavacos cozimento a nu

mero kappa mais alto significa me

Numero kappa do cozimento 14 3 18 2 nornecessidade de hcorbranco para

Numero kappa do pre branqueamento O2 9 6 11 6 a polpa9ao algo que resulta em

AOX no branqueamento kg t 040 0 65 menor fluxo de licor negro para os

Nfveis estimados de AOX evaporadores menor carga de soli

ap6s tratamento do efluente kg t0 08 0 11 dos para a caldeira de recupera9ao

DQO no branqueamento kg t 16 2 237e consequentemente apreciavel di

Nfveis estimados de DQO ap6sminui9ao de produ9ao de energia

4 8 7 1 nesta plantatratamento do efluente kg t Em nossa abordagem os benefi

Tabela IV Niveis de AOX e de DQO nos efluentes do branqueamento total cios de uma polpa com rendimento

mais alto foram utihzados para au

Numero kappa ap6s cozimento 12 16 20 mentar 0 indice de produ9ao ao

Carga de alcali na madeira seca NaOH AE 194 18 8 16 0 mesmo tempo em que a caldeira e

Rendimento total do cozimento 51 3 53 5 55 1 operada a plena carga A ferramen

S61idos secos para a recuperacao tld 1 999 2 000 1 999ta utilizada na simula9ao foi 0 Sis

tema de Simula9ao PulpSim desenS61idos secos para a recuperacao

volvido por Gullichsen 17tit polpa s estufa 1 67 1 34 123 A Tabela V apresenta os resulta

Producao de polpa t de polpa s estufa dia 1 198 1497 1 626 dos da simula9ao obtidos numa fa

Tabela V Dados do processo simulado produ ao de polpa e solidos secos brica imaginaria de polpa de euca

para a recupera ao a diferentes numeros kappa de cozimento lipto Por nao haver disponibilidade de fabrica apropriada a servir de

Numero kappa ap6s cozimento 12 16 20 referencia os dados de processo ini

S61idos secos para a recuperacao kg h 83 294 83 335 83 295ciais relevantes foram tornados da

Valor calorffico determinado porliteratura 2 6 18 19

A Tabela V demonstra que au

bomba calorimetrica Mcalkg 3 583 4 040 4 188mento do numero kappa no cozi

Producao total de calor Gcal h 298 337 349 mento leva a menos licor branco de

Consumo de vapor 3 bar tlh 104 112 113 polpa9ao maior rendimento de polConsumo de vapor 3 5 bar tlh 17 22 24 pa e menor concentra9ao de s6lidos

Consumo de vapor 7 bar tlh 60 74 79 secos para a recupera9ao Paraa ple

Tabela VIValor calorifico do licornegro determinado porbomba calorimetrina carga da caldeira de recupera9ao2 000 t d de solidos secos a pro

ca produ ao de energia termica e consumos de vapor para diferentes nidU9ao de polpa pode ser substanci

veis de numeros kappa Modern Eucalyptus Pulp Millalmente incrementada 0 aumento

potencial de produ ao de uma fabri 1

Ainda que 0 aumento estimado de Eka Chemicals esta dedicando for ca de polpa de eucalipto que elevar

pois do tratamento externo possa te empenho cientifico na melhoria o numero kappa de cozimento em

0ser considerado bastante pequeno do tratamento biologico desses quatro unidades se situa acima de

e normalmente administravel a efluentes de kappa alto 10 ou seja a produ9ao resulta

muito maior que 0 simulado e par

cialmente verificado para uma fa

brica de polpa de coniferas 8

Se 0 numero kappa do cozimen

to e a produ9ao de polpa forem au

mentados tanto 0 valor calorifico

determinado por bomba calorime

trica como a produ9ao total de ca

lor aumentam como demonstrado

na Tabela VI Por outro lado mais

produ9ao na linha de fibras significa mais consumo de vapor nas

fases de cozimento branqueamento e secagem

Assim comono aumento de pro

dU9ao real 0 balan90 de energiadeve ser avaliado especificamentepara cada fabrica tomando se em

considera9ao as condi9oes da planta e 0 equipamento disponivel Ou

tros parametros proprios da produ9ao e de dificil simula9ao tais como

teor de rejeitos por exemplo devem

ser incluidos especialmente quan

do cogitadas madeiras de folhosas

Todavia os resultados das Tabe

las V e VI indicam que ha potencialpara 0 melhoramento do desempenho de uma fabrica de polpa de eu

calipto mediante a otimiza9ao dos

numeros kappa apos 0 cozimento e

o pre branqueamento O2 ja prova

do em uma fabrica de polpa de co

nifera durante periodo superior a

urn ana 8

0 cozimento de cavacos de eu

caliptos Eucalyptus grandisE saligna a urn numero kappa mais

alto ira fornecer apos pre branqueamento O2 e sequencia de branqueamento D EOP DnD ate alvura ISO de

90 maior rendimento e melhores

propriedades de resistencia da polpaOs resultados da simula9ao in

dicam que ha potencial significativoaumento superior a 10 para ele

var a produ9ao de fabrica de polpade eucalipto desde que 0 numero

kappa seja aumentado em cerca de

quatro unidades

o

Urn numero kappa mais alto

antes do branqueamento ira levar a

maiores custos em quimicos de

branqueamento e a niveis mais al

tos de DQO e AOX nos efluentes do

branqueamento antes do tratamen

to do efluente

Manifestamos nossos agradecimentos a Stora Enso Research La

boratory de Karlstadt Suecia pelarealiza9ao dos cozimentos experimentais e ao Prof Panu Tikka do

Laboratorio da Universidade SciTe

ch de Helsinque Finlandia pelassimula9oes Agradecemos ainda ao

Dr Anthony Bristow a revisao re

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