Simulação de uma unidade de evaporação de múltiplo efeito de licor negro em uma indústria de celulose

Abstract

A produção de celulose está entre os setores mais relevantes da atual conjuntura econômica mundial. Dentre as rotas produtivas atualmente aplicadas, destaca-se o processo Kraft de produção. O processo Kraft de obtenção de celulose gera como subproduto do cozimento da madeira o licor negro. Por ter um rico conteúdo energético e químico, e potencial poluidor, o licor negro segue para um ciclo de recuperação. Uma das etapas desse ciclo é a queima em caldeira, porém, seu teor de sólidos deve ser elevado de 15% a 80%, aproximadamente. Para tal, segue-se o processo de evaporação de múltiplo efeito utilizando vapor como elemento de aquecimento. Por se tratar de um processo industrial operacionalmente complexo e dependente de outros setores produtivos, testes de modificações dos parâmetros de processo e tentativas de otimização podem ser inviáveis do ponto de vista prático. Em face dessa conjuntura, a simulação de um sistema de evaporação múltiplo efeito é uma alternativa de interesse prático para predizer o comportamento e resultados das principais variáveis de processo envolvidas. O objetivo do trabalho é a simulação de um processo real de evaporação de múltiplo efeito de licor negro em uma planta de produção de celulose. Para validar os modelos utilizados e comparar os valores obtidos pela simulação, foram coletados dados operacionais reais e de projeto de uma indústria de produção de celulose. A partir daí, montou-se um arranjo similar ao de operação no software de simulação iiSE, que possui uma biblioteca termodinâmica e física específica para o licor negro e para evaporadores de licor negro. Após a obtenção dos resultados, seguiu-se uma comparação com os dados coletados, gerando um erro médio de 12% para as principais vazões dos efeitos (licor, evaporado e condensado) e de 13,8% para as pressões dos efeitos. Dentre as ferramentas disponíveis no iiSE, foram utilizadas as análises de sensibilidade para prever comportamentos das variáveis de resposta frente a alterações nas especificações. Também, foi realizada uma otimização do sistema no que diz respeito as principais entradas energéticas e a variável otimizada foi o teor de secos do último efeito. Foram alcançados valores otimizados de 0,54 para 0,82 e de 0,94 para 0,99 para os teores de secos do último efeito nos arranjos com dados de planta e de projeto, respectivamente.