Tecnologias em refinadores de baixa consistência

Há uma grande quantidade de modelos de refinadores de baixa consistência desenvolvidos ao longo da história por diversos fabricantes do setor de Celulose e Papel. Desde as chamadas "holandesas" até os refinadores mais modernos de cones, discos e cilíndricos, muitos desenvolvimentos foram feitos nestes equipamentos, fundamentais para o processo de produção de papel. 

Este breve artigo técnico revisa os principais refinadores utilizados.

Introdução

Os refinadores são ferramentas fundamentais no processo de produção de papel. Eles fazem o tratamento físico da fibra, alterando sua anatomia e, consequentemente, ajustando suas propriedades para um determinado objetivo. 

Devido às características do processo e do equipamento, ele é altamente intensivo no consumo de energia. Esta energia é distribuída de diferentes formas no fluido a ser refinado. Parte relevante da energia é gasta no bombeamento da massa, que encontra-se a 4% de consistência. Outra parte da energia é  gasta no acionamento do conjunto mecânico, outra parte no aquecimento do meio (perdas térmicas), e então uma fração de toda a energia aplicada é efetivamente transferida às fibras e responsável pela ação de refino. 

Toda a energia não aplicada na fibra é chamada de Potência em Vazio, ou No-Load. O No-Load é dado pela fórmula: 

Po (kW) = k x N² x D⁴

 

onde:
Po: potência em vazio, em kW
k: constante
N: velocidade, RPM
D: diâmetro do refinador, em mm

É possível verificar acima que o No-Load é proporcional ao quadrado da rotação do refinador, e à quarta potência do diâmetro. Portanto, neste quesito os refinadores cônicos e cilíndricos têm vantagem sobre os de discos. 

Outro fator importante na construção do refinador é a forma que o elemento rotativo está suportado. No passado os refinadores cônicos eram suportados em ambos os lados, o que proporcionava boa estabilidade, porém, havia a dificuldade em se trocar os segmentos de refinação. Os refinadores de discos têm vantagem neste ponto, porém, seu maior diâmetro os torna ligeiramente menos eficientes que os cônicos. Com o projeto dos cônicos no sistema em balanço (cantilever), pode-se unificar os benefícios de ambos os projetos. 

 

Refinadores de baixa consistência mais comuns

1. Discos simples
Composto de 1 disco rotativo e 1 estacionário. Pouco utilizado nas aplicações de baixa consistência, mas com bastante uso em aplicações de média (12%) e alta consistência (>30%). 

 

Refinador de Disco Simples, Valmet

2. Discos duplos
Composto de 2 discos estacionários e 1 disco rotativo com dupla face de refino. São os modelos mais comuns na indústria. Possuem baixo custo aliado à fácil operação, uso otimizado da região de refino e fácil manutenção. 

 

Refiner TriDrisc, Andritz Pilão

TwinFlo

3. Multidisco
Composto de mais de 1 disco rotativo. Não possuem uma ampla base instalada,  mas a proposta é explorar o conceito de discos rotativos de dupla face, otimizando o uso da região de refino. 

 

Patente do refinador Multidisco

 

4. Cônicos
Os discos são substituídos por cones, cujo objetivo principal é reduzir o diâmetro do refinador, já que como foi visto acima o No-Load é função do diâmetro elevado à quarta potência. Nestes refinadores existem os cone simples, compreendendo em apenas 1 cone estático e outro rotativo com apenas 1 face de refino, e o tricônico, onde há um cone rotativo com dupla face de refino e 2 cones estacionários.

 

Triconic Andritz Pilão

 

Optifiner (Conflo), Valmet

 

5. Cilíndricos
Têm como base o mesmo princípio dos cones, que é a redução do No-Load através  da redução do diâmetro do refinador. Os refinadores cilíndricos têm este nome por possuírem um cilindro rotativo com uma face simples e outro cilindro estacionário.

 

Refinador Papillon, Andritz

Sumário

• Há diversos modelos de refinadores utilizados na indústria de papel e celulose. Os diferentes modelos levam em consideração aspectos construtivos. Estes aspectos buscam otimizar o desempenho do equipamento, aumento a eficiência através da redução do No-Load e incremento da área de refino sem o aumento do diâmetro.
• Refinadores de discos duplos são mais comuns na indústria, juntamente com os cônicos e tricônicos.

Referências

http://www.andritz.com/pt/pp-stockpreparation-lowconsistency-refining-papillon.pdf

http://www.valmet.com/products/board-and-paper-mills/stock-preparation/refining-and-deflaking/axial-flow-refiners/

Visão geral do processo de produção de pasta mecânica

Introdução
O processo de produção de pasta mecânica, ou polpa de alto rendimento, é amplamente utilizado no setor de produção de papel, principalmente em cartões, papéis jornais e de publicação em geral. A fibra resultante deste processo possui características específicas, cuja aplicação é adequada para papéis que necessitam alto volume específico, alta opacidade ou uma fibra com custo de produção mais competitivo. Estas fibras não têm altas exigências físico-mecânicas, se comparado com as fibras resultantes do processo químico (exemplo celulose kraft), mas ambas podem ser combinadas na busca de um ponto ótimo de operação.

Vantagens
As vantagens em relação ao processo químico são as seguintes:

• processo de menor complexidade
• alto rendimento (acima de 90%)
• fibras com alto volume específico (bulk), alta opacidade
• custo de produção reduzido

Desvantagens
As desvantagens em relação ao processo químico são as seguintes:

• fibras com menores características físico-mecânicas (tração, rasgo)
• circuito aberto, sem recuperação de químicos utilizados na impregnação
• maior propensão a reversão de alvura, devido a presença da lignina na polpa

O processo de produção de polpa de alto rendimento
O processo de produção de polpa de alto rendimento tem diversas variações, e dificilmente uma planta será exatamente igual a outra. Os processos são caracterizados através de abreviações, as quais estão abaixo:

• TMP (thermomechanical pulping): caracterizado pela não-adição de químicos na impregnação. Geralmente utilizado para polpação de fibras longas (softwood).
• CTMP (chemithermomechanical pulping): caracterizado pela adição de licor de impregnação, principalmente NaOH (hidróxido de sódio, ou soda cáustica). Geralmente utilizado na presença de fibras curtas (hardwood), principalmente eucalipto. 
• BCTMP (bleached chemithermomechanical pulping): processo similar a CTMP, porém com a adição de um estágio de branqueamento posterior. 
• APMP (alkaline peroxide mechanical pulping): caracterizado pela adição de H2O2 (peróxido de hidrogênio) na impregnação, realizando o branqueamento na etapa de refinação primária, com o objetivo de reduzir o investimento na aquisição de uma etapa específica e posterior de branqueamento.

Há ainda outros processos, tais como TGW, RMP, RTS, APMP-PRC, que possuem características especificas para redução de custos e melhoria das propriedades da fibra. Todos eles também são caracterizados como processos de alto rendimento. Processos que combinam características mecânicas e químicos são tratados como semi-químicos, e possuem rendimento intermediário. 


Etapas do processo de polpação de alto rendimento
Os processos de polpação de alto rendimento possuem geralmente as seguintes etapas:

• Lavagem de cavacos: através de um lavador rotativo, tem o objetivo de remover pedra, areia, nós e outros contaminantes com maior densidade que os cavacos. Ao sair do lavador os cavacos são bombeados para uma rosca drenadora, a fim de reduzir a umidade antes do processo de pré-aquecimento.
• Pré-aquecimento dos cavacos: os cavacos vindos da rosca drenadora são alimentados em um silo atmosférico, cuja parte inferior possui adição de vapor. Esta etapa aquece os cavacos, uniformiza a umidade, remove o ar e os condiciona a serem alimentados na rosca de compressão.
• Etapa de compressão e impregnação: nesta etapa os cavacos são comprimidos em uma rosca, conhecida como Plug Screw Feeder. Este equipamento remove o ar presente nos cavacos, reduz o volume específico, executa a maceração aumentando a área específica, e os condiciona a receber o licor de impregnação de maneira mais eficiente. Uma vez impregnados com a solução alcalina, os cavacos são conduzidos através de um impregnador vertical para o digestor.
• Cozimento dos cavacos: diferentemente dos processos puramente químicos, o digestor de sistemas de polpação de alto rendimento atuam como aquecedores pressurizados, elevando a temperatura dos cavacos acima da zona de transição vítrea da lignina, onde ela se torna mais fluida e a demanda de energia para a refinação é menor. 
• Refinação em alta consistência: neste processo os cavacos são desfibrados e refinados, individualizando as fibras ou feixes de fibras. Podem ter mais de uma etapa de refino. Esta etapa possui a maior demanda energética na planta, e grande parte da eletricidade aplicada é transformada em vapor, posteriormente aproveitado.
• Depuração: classifica as fibras através de equipamentos pressurizados em baixa consistência, eliminando eventuais impurezas ou fibras com tamanhos não adequados. 
• Tratamento de rejeitos: as fibras rejeitadas pelos depuradores são enviadas para outros refinadores, em alta ou baixa consistência, a fim de receberem novo tratamento mecânico, voltando ao processo e aumentando o rendimento. 
• Branqueamento: etapa não-obrigatória em grande parte dos processos de alto rendimento, é caracterizada por elevar a alvura das fibras entre 70 a 80 ISO. Geralmente é realizada em média (12%) ou alta consistência (>30%).

Sumário

• Os processos de polpação de alto rendimento são caracterizados por sua simplicidade e baixo custo de produção. 
• Têm como principal objetivo a produção de fibras para embalagens e papéis de publicação.
• Podem ser combinados com celulose kraft para aumentar ganhos de resistência mecânica.