Papel - celso-foelkel.com.brE7%E3o%20energ... · 37Congresso e Exaoïcªo Anual de Celulose e Papel...
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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
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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
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aQdi Vapor para o Condensador
Vapor do Strípper a rntrhr
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Licor Concentrado i a3mJhr
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Condensado doVapor Vívo
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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
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N
m 720C
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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
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o
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Da
o
o
0 0
8
9
800010000120001400016000180002000022000
Pressªo real do evaporado IAmmHg
a
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20000
m 180000
ó 16000
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e
ª
o
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o
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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
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N 7500Æ
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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
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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
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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
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w 1000
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0 500 1000 1500 2000 2500 3000
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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