Avaliação de sistemas de lavagem na linha de branqueamento da pasta kraft

Abstract

Na produção de pasta kraft, a linha de branqueamento é uma etapa indispensável na obtenção de pastas com elevada brancura ISO. Este processo consiste em sucessivas etapas com dióxido de cloro ou hidróxido de sódio, com lavagem da pasta entre cada estágio. A otimização da linha de branqueamento D0EPD1D2 de Cacia consiste na avaliação dos atuais equipamentos de lavagem (lavadores de tambor rotativo, prensa e difusores atmosféricos) identificando problemas de funcionamento e propondo-se alterações aos mesmos. Por fim, pretende-se diminuir a carga de dióxido de cloro no estágio D2, sem que a brancura final seja comprometida. A etapa de avaliação do sistema implementado foi baseada na análise da consistência das pastas recolhidas, do CQO das amostras coletadas e do consumo de NaOH entre 2013 e 2017. Em conjunto com a avaliação do sistema implementado, simularam-se, à escala laboratorial, prensas e DD washers para a determinação de relações entre o pH das pastas obtidas e o consumo de NaOH. Para o cumprimento do último objetivo, manipulando a carga de dióxido de cloro, analisaram-se as brancuras e os residuais de dióxido de cloro nas pastas resultantes. A partir da análise deste sistema, verificou-se que os lavadores do estágio D0 necessitam de ser substituídos devido ao aumento do consumo de NaOH em 3,12 kg·tAD-1, derivado do aumento de produção no branqueamento. No caso dos lavadores do estágio D2, as eficiências obtidas indicam a necessidade de reparar e/ou substituir os equipamentos, uma vez que os valores de Razão de Deslocamento Equivalente (EDR) obtidos se encontram fora da gama de 0,58 a 0,77. Para a substituição dos equipamentos de lavagem do estágio D0 propôs-se a substituição da atual configuração (três lavadores de tambor rotativo) por três novas configurações (uma configuração sem o lavador 2, a substituição dos 3 lavadores por uma prensa ou por um DD washer). Verificou-se que os três casos traduziam uma diminuição da carga de hidróxido de sódio no estágio de extração posterior, respetivamente 7,15±1,00 kg·tAD-1, 9,25±2,17 kg·tAD-1 e 7,85±1,02 kg·tAD-1, com uma confiança de 95%. Relativamente aos lavadores do estágio D2, constatou-se que a substituição por um DD washer seria preferível a uma prensa devido às elevadas eficiências deste tipo de equipamento (EDR entre 0,808 e 0,939) face às prensas (EDR entre 0,393 e 0,564). No que diz respeito à diminuição da carga de ClO2 no último estágio de branqueamento, conclui-se que para atingir uma brancura de 90,5 %ISO, uma carga aproximada de 2 kg·tAD-1 é suficiente, identificando-se que a carga atual deste estágio se encontra em excesso. Sugere-se a redistribuição da carga de dióxido de cloro nos estágios D0 e/ou D1, fixando a carga do mesmo reagente no estágio D2 em 2 kg·tAD-1. Desta forma, a substituição dos equipamentos do estágio D0 permitirá uma redução da carga de NaOH e para o estágio D2 foi identificado o potencial para redução dos consumos de dióxido de cloro, a confirmar futuramente recorrendo a ensaios industriais. Assim, a linha de branqueamento de Cacia pode ser otimizada, podendo levar a consideráveis reduções dos custos de produção e dos efluentes produzidos.

In kraft pulp production, the bleaching sequence is an imperative step in obtaining high ISO pulp brightness. This sequence consists on several stages with chlorine dioxide or sodium hydroxide, with pulp washing between each stage. The optimization of Cacia bleaching sequence D0EPD1D2 consists on evaluate the current washing equipment (washers, wash press and atmospheric diffusers) identifying operation problems and suggesting alternatives for this equipment. Finally, is intendend to reduce the chlorine dioxide charge on D2 stage, without the final pulp brightness being compromised. The evaluation stage of the implemented system was based on the analysis of pulp consistency, in COD analysis of the samples collected and the analysis of the NaOH consumption between 2013 and 2017. At the same time as the evaluation of the implemented system, presses and DD washers were simulated at laboratory scale to determine the relationship between the pH of the pulp obtained and the NaOH consumption. To meet the last objective, by manipulating chlorine dioxide charge, the brightness and residuals of chlorine dioxide in the resulting pulps were analysed. From the analysis of this system, it was found that D0 stage washers need to be replaced because of the increased NaOH consumption at 3,12 kg·tAD-1 derived from increased bleaching pulp production. In the case of stage D2 washers, the efficiencies obtained indicate the need to repair or replace the equipment, since the obtained equivalent displacement ratio (EDR) values are outside the range of 0.58 to 0.77. To replace the D0 stage washers it was proposed to replace the current configuration (three rotary drum washers) with three new configurations (one configuration without the washer 2, replacing the 3 washers with a press or a DD washer). It was verified that the three cases imply a sodium hydroxide charge reduction on extraction stage, respectively 7,15 ± 1,00 kg·tAD-1, 9,25 ± 2,17 kg·tAD-1 and 7,85 ± 1,02 kg·tAD-1, with 95 % confidence. Related to the D2 washers, it was found that a DD washer would be preferable to a wash press due to high efficiencies obtained (EDR between 0,808 and 0,939) compared to the wash press (EDR between 0,393 and 0,564). Regarding the decrease of ClO2 charge in the last bleaching stage sequence, it was concluded that to achieve an 90,5 %ISO brightness, a charge of 2 kg·tAD-1 is sufficient, identifying that the load of this stage is in excess. It is suggested the chlorine dioxide charge redistribution by D0 and/or D1 stages, setting in 2 kg·tAD-1 the same reagent charge on D2 stage. In this way, the substitution of D0 washing equipment will allow a reduction of the NaOH charge and for D2 stage it was found the potential to reduce the chlorine dioxide consumptions to be confirmed in the future with industrial tests. Thus, Cacia's bleaching line can be optimized, leading to considerable reductions in production costs and produced effluents.