OTIMIZAÇÃO DE UM RECUPERADOR DE FIBRAS EM UMA MÁQUINA DE PAPEL TISSUE

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1 0 UNIVERSIDADE DO PLANALTO CATARINENSE NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO DYORGENES MORAES ABREU OTIMIZAÇÃO DE UM RECUPERADOR DE FIBRAS EM UMA MÁQUINA DE PAPEL TISSUE LAGES (SC) 2013

2 1 DYORGENES MORAES ABREU OTIMIZAÇÃO DE UM RECUPERADOR DE FIBRAS EM UMA MÁQUINA DE PAPEL TISSUE Relatório de estágio, apresentado para avaliação na disciplina de estágio supervisionado no 10º semestre do curso de engenharia de produção da universidade do planalto catarinense UNIPLAC. Orientador: Prof. Engº Edison Strugo Muniz LAGES (SC) 2013

3 2 AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus, pelo dom da Vida; A minha mãe, Sandra, por total apoio; Ao meu irmão e todos os familiares que sempre me deram forças para prosseguir em busca dos meus objetivos; Ao meu orientador e co-orientadora, Edison Strugo Muniz e Fernanda Ferreira, pelos conhecimentos e paciência que me conduziram até o fim deste trabalho; Ao todos meus amigos, principalmente à quem me ajudou muito, meu grande amigo Eduardo Pilar, que me deu força e energia em todos os momentos desta jornada; A meu supervisor Daniel Demarco e a empresa Ashland S/A pela oportunidade de estágio e suporte dado para elaboração deste estudo. Em fim, a todos que contribuiram direta ou indiretamente na realização deste trabalho. Muito obrigado!

4 3 SUMÁRIO 1. APRESENTAÇÃO DEFINIÇÃO DO PROBLEMA OU OPORTUNIDADE Caracterização da Organização e seu Ambiente Problemática Dados e/ou informações que dimensionam a problemática Limites do projeto Objetivos Objetivo Geral Objetivos específicos Justificativa REFERENCIAL TEÓRICO A história do papel Papéis para fins sanitários (Tissue) Produção de papel tissue Controle da qualidade de matérias primas para a produção de papéis Aparas Processo de fabricação de papel Desagregação Depuração Lavagem Flotação Dispersão Branqueamento Refinação Aditivação química no processo de fabricação de papel Máquina de papel Tissue Desenvolvimento Teor seco Temperaturas Prensas Recuperação de fibras, clarificação de águas e modelo de equipamentos A importância do fechamento de circuito em uma máquina de papel Recuperador de fibras modelo KROFTA... 34

5 4 4. METODOLOGIA Delineamento da pesquisa Coleta e análise dos dados RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 49

6 5 1. APRESENTAÇÃO Neste relatório de estágio apresenta-se o funcionamento e características de um equipamento recuperador de fibras em uma máquina de papel tissue. Apontam-se as melhorias que podem advir do correto e eficiente uso de produtos químicos para o tratamento das fibras de papel. O papel tissue é utilizado para higiene pessoal e limpeza doméstica, como papel higiênico, lenços, papel-toalha e guardanapos. Este papel passa por diversas etapas no processo de produção até a sua conclusão, estas etapas se passam basicamente em quatro seções: a de formação, a de prensagem, a de secagem e a da enroladeira/rebobinadeira. Como em qualquer outro processo de fabricação de papel, para a fabricação de papel tissue é necessário o uso de aditivos químicos. Também é considerável a quantidade de água utilizada nos processos, devido a esse grande volume de água, se faz necessária, a busca de alternativas para o fechamento do circuito das águas. O fechamento de circuítos de uma máquina de papel é uma forma de reaproveitamento de fibras e cargas, mas a área da fabricação de papel, genericamente denominada de recuperação de fibras, tem duas funções básicas: Processar o excesso de água branca da máquina de papel, recuperando seu conteúdo de fibras e cargas permitindo sua reutilização na composição da receita do papel. Produzir, a partir do excesso de água branca, água tratada com características adequadas para permitir seu reaproveitamento em diversos locais como chuveiros, elutriadores e pontos de diluição.

7 6 Há vários modelos destes recuperadores de fibras, mas o modelo em que será discutido neste relatório é um Flotador Circular, chamado Krofta, utilizado na indústria Kimberly Clark, unidade de Correia Pinto.

8 7 2. DEFINIÇÃO DO PROBLEMA OU OPORTUNIDADE 2.1 Caracterização da Organização e seu Ambiente FIGURA 1 - Logomarca da empresa (FONTE: ASHLAND, 2013) Razão Social: ASHLAND S/A Matriz: Wilmington, Delaware Estados Unidos. Fundação: Sede Brasil: São Paulo Rua dos Pinheiros 870, - Pinheiros - São Paulo Fábrica Brasil: Avenida Roberto Simonsi, 500 Sitio Poço Fundo Paulínia Sp. Nome da Atividade: Indústria Química Empresa Multinacional Empregados: Aproximadamente: Área de Atuação: 05 Continentes Visão da empresa: Ser a melhor, proporcionando valor ao cliente através de especialidades químicas e serviços abrangendo todos os segmentos da indústria global de papel e celulose.

9 8 A ASHLAND é um importante fornecedor de programas de tratamentos químicos funcionais de águas e processos para as indústrias de papel e celulose. A empresa produz e disponibiliza no mercado especialidades químicas utilizadas no lar, no escritório e na indústria. Foca em crescimento sustentável e de longo prazo dentro dos valores dos seus acionistas, direcionando ao cliente, na inovação de produtos e na melhoria contínua de custo. Ela possui experiência no desenvolvimento de produtos e programas que são utilizados em aproximadamente 70% da produção mundial de papel. São mais de 1500 fábricas atendidas em mais de 60 países. A ASHLAND possui cerca de patentes, sendo que aproximadamente 24% das vendas são de produtos com menos de 05 anos. Trabalham na empresa por volta de 900 profissionais de campo capacitados para solucionar problemas e mais de 100 consultores em tecnologia. A seguir destacam-se algumas datas importantes para a empresa: 1996 Adquiriu a bempresa Dearborn da W.R. Grace, químicas complementares Adquiriu a empresa Houghton da Houghton Vaugham, aquisição tecnológica Adquiriu a empresa Betz Dearborn, faixa de produtos completa Adquiriu a empresa de resinas Scripset da Solutia INC, aquisição tecnológica Adquiriu a Pulp and Paper Division da empresa Quaker, aquisição tecnológica para papel tissue/toalha A ASHLAND formou a Marketing Aliança com a National Starch, tecnologia de amido.

10 Produtos e Serviços oferecidos pela ASHLAND a) Soluções completas para papel e celulose Atualmente as fábricas de papel e celulose apresentam operações complexas e empregam milhares de pessoas profissionalmente capacitadas para produzir uma ampla variedade de tipos de papel e papelão. O perfeito funcionamento de cada etapa do processo de fabricação de papel ou celulose contribui para a eficiência e a segurança da operação de toda fábrica. Se um dos processos for deficiente, as repercussões podem impactar sobre outras funções da fábrica ou prejudicar as operações rotineiras da unidade como um todo. Além disso, cada fábrica é única em seus requerimentos quanto à matéria-prima, equipamentos, mecanismos e produto final. A ASHLAND utiliza-se de uma extensa gama de tecnologias e produtos químicos para a gestão de funcionais, processos e águas, a fim de integrar soluções para as fábricas, suas clientes. A empresa adota a abordagem de gerenciamento on-site, a qual associada a uma estrutura de especialistas em aplicações e cientistas pesquisadores permite que a ASHLAND crie uma sinergia de soluções para todo o processo produtivo elaborado especificamente para a operação de cada fábrica, visando aumentar a competitividade destas. A ASHLAND a partir da experiência que possui na fabricação de papel em todo o mundo, busca compreender as necessidades dos seus clientes, proporcionando-lhes um melhor entendimento das tendências globais e o desenvolvimento de novas tecnologias, programas e técnicas de aplicação visando manter a vantagem competitiva de seus clientes no mercado. Para tanto, um dos slogans da empresa é: Focamos naquilo que você precisa, não no que temos.

11 10 b) Tecnologia de Colagem e Imprimibilidade A ASHLAND conta com uma diversa gama de aditivos para controlar a absorção de líquidos e a qualidade da impressão, sendo aplicáveis a diversos tipos de papel e máquinas que o cliente utilize. Levando em conta ainda a relação entre qualidade e preço que o cliente deseje estabelecer. A seguir destacam-se alguns produtos relacionados à tecnologia de colagem: Cola Reativa - Dímero Alquilo Ceteno (AKD); - Dímero Alquedino Ceteno (ALKD); - Anidrido Alquenilo Sucínico (ASA); - Misturas ASA (ALKD). Cola Não Reativa - Pastas de Breu Fortificadas Não Fortificadas; - Colas de Breu Fluidas; - Colas de Breu em Emulsão, Aniônicas e Catiônicas; - Emulsões de Cera parafínica. Tratamento de Superfície - Anidrido Estileno Maléico (SMA) Líquido/Seco; - Emulsões de Acrílico Estireno (SAE); - Poliacrilamidas (PAE); - Cilica Coloidal; - Celulósicos.

12 11 c) Tecnologias de Resistência Os programas de resistência da ASHLAND oferecem aos papeleiros outra ferramenta para administrar as especificidades do produto final, melhorar a lucratividade da operação, desenvolver novos produtos e operar mais eficientemente em ph neutro, visando obter melhor absorvência, suavidade e resistência a seco, tais como: - Resistência a Úmido Permanente; - Resistência a Úmidos com Níveis Ultra-Baixos de Resíduos de Epicloridrina; - Resistência a Úmido Temporária; - Resistência a Seco; - Aditivos Livres de Cloro para Repolpagem. d) Tecnologia de Tissue As tecnologias inclusivas da ASHLAND, em combinação com sua abordagem direta e prática (hands-on), podem melhorar a operação de produção de Tissue e selecionar dificuldades específicas de produção, qualidade ou conversão de seus clientes. Na qualidade de maior fornecedor mundial de tecnologia à indústria de Tissue, a ASHLAND visa atender as demandas de produtos mais suaves, fortes e absorventes, tais como: - Adesivos para Crepagem; - Agentes de Release; - Amaciantes (maciez interna e ao tato); - Perfumantes; - Aditivos para Coating;

13 12 - Aditivos para Processo; - Condicionadores de Cilindros e Vestimentas. e) Tecnologia de Revestimento Os revestimentos do papel ressaltam as propriedades ópticas, além de melhorar a superfície e a imprimibilidade da folha. Buscando obter essas propriedades ideais da folha, os formuladores de revestimentos devem equilibrar as interações entre os ingredientes de revestimento e a coloração. A ASHLAND possui tecnologias de revestimento que buscam esse equilíbrio, tais como: - Suspensões Poliméricas Fluidas e CMC para Controle de Reologia e Formação de Estrutura; - Fixador de Alvejantes Ópticos. f) Tecnologia de Retenção, Drenagem e Clarificação A tecnologia de retenção e drenagem proporciona a flexibilidade de manipular variáveis como, consistência da caixa de entrada, setup da área de formação, velocidade, mix de fibras, nível de refinação, bem como substituição de fibras. - Auxiliares de Retenção; - Micropartículas; - Auxiliares de Drenagem; - Neutralização de Carga; - Clarificação no Processo de Destintamento; - Aplicações em Recuperadores de Fibras; - Coagulantes. g) Tecnologia de Gerenciamento de Águas

14 13 A excelência da qualidade da água é essencial para a proteção dos substanciais investimentos em ativos na área de processos, além do cumprimento das regulamentações e outros objetivos do tratamento de efluentes. A ASHLAND possui experiência nestas áreas, contribuindo para que seus clientes coloquem-se a frente de seus concorrentes. As tecnologias de gerenciamento de águas podem ser aplicadas, tanto, no tratamento de afluentes, como no tratamento de efluentes. No primeiro são utilizados coagulantes e floculantes, já no segundo, são aplicadas tecnologias que visam o condicionamento de lodo; controle de odor; remoção de cor; antiespumantes e biocrescimento. Obs.: Todos os dados deste capítulo foram retirados dos Boletins informativos da ASHLAND. 2.2 Problemática Dados e/ou informações que dimensionam a problemática Quando falamos em reutilizar as águas do processo e recuperação de fibras na fabricação de papel, sabemos que hoje é comum isso em todos os processos de fabricação de papéis. Mas além do processo mecânico de um recuperador de fibra há também um processo de adição de químicos para uma boa eficiência. No recuperador de fibra, chamado de Krofta, que há na planta da Kimberly Clark, de Correia Pinto, desde sua partida no início do ano de 2012, foi aplicado um agente de floculação (polímero aniônico) e um coagulante (polímero fortemente catiônico de baixo peso molecular), para uma boa eficiência e remoção de sólidos. Mas os resultados não são os esperados, devido uma inconsistência no

15 14 processo, variando muito a eficiência do Krofta, não recuperando a quantidade de fibra esperada, e além do mais, a carga catiônica do coagulante, vem afetando o processo de fabricação de papel, pela reutilização da água do Krofta. A idéia do projeto é fazer um estudo, procurando encontrar produtos químicos mais eficientes para as condições atuais do Krofta hoje. Tentando assim otimizar este processo, diminuindo o consumo de aditivos e alcançando uma maior eficiência do equipamento Limites do projeto Devido a pouca disponibilidade de tempo para execução do plano de estágio, os resultados estarão limitados a análise de produtos químicos implicados no processo de fabricação do Papel Tissue. Os resultados com relação à quantidade de água reutilizada e ou clarificada e as análises das fibras, bem como, os resultados no produto final (Papel Tissue) ficarão para outra oportunidade de estudo. 2.3 Objetivos Objetivo Geral Analisar o portfólio de produtos químicos da ASHLAND com vistas a identificar aqueles que possam contribuir para a otimização de um recuperador de fibras em uma máquina de Papel Tissue Objetivos específicos a) Levantar o histórico dos testes de acompanhamento do Krofta (Eficiência, turbidez, demanda iônica, ph);

16 15 b) Padronizar o consumo de produtos químicos levando em consideração a receita do papel produzido, evitando desperdícios e uso de produtos químicos desnecessários; c) Reduzir o consumo de energia de refinação e o consumo de amido na fabricação de papel; d) Melhorar o resultado do Krofta (Eficiência, turbidez, demanda iônica, ph). 2.4 Justificativa Por se tratar de um trabalho voltado para uma melhoria, focando o tratamento químico de um Krofta (recuperador de fibra) em uma Máquina de papel Tissue, iremos apresentar cada produto químico aplicado hoje, e também apresentar algum novo produto, visando ganhos. Através dos testes (eficiência, turbidez, demanda iônica e ph) nos nortearemos até o resultado almejado. A escolha deste tema se deu por ser um trabalho prático, que se bem trabalhado será paupável e visível o resultado, pois há uma oportunidade de melhoria neste processo, o do recuperador de fibra Krofta, processo este que vem apresentando muita variância e instabilidade. O equipamento Krofta (recuperador de fibra) se bem operado, tanto mecânicamente como químicamente, tráz muitos resultados, pois como já citado, além de recuperar fibras do processo, ele dá a condição de reutilizar uma quantidade considerável de água do processo, tornando um circuito cada vez mais fechado. Pretendemos apresentar aqui um histórico de como vem se comportando o Krofta (recuperador de fibras) por períodos do ano de 2012, com adição dos mesmos químicos desde sua partida, até os dias de hoje, apresentar os produtos químicos com suas características, utilizados para o tratamento dele, e a partir daí, desenvolver os planos de melhoria, com seleção de produtos com melhor adequação com o processo e boas práticas de controle destes produtos químicos.

17 16 3. REFERENCIAL TEÓRICO 3.1 A história do papel O papel é um dos produtos mais consumidos no mundo e, há muito tempo, faz parte do dia a dia das pessoas. Como meio básico de educação, comunicação e informação para a maioria das pessoas, é utilizado na fabricação de livros, jornais, revistas, documentos e outros produtos e, assim, contribui para a transmissão do conhecimento. Serve, também, a uma variedade de usos comerciais e residenciais, a exemplo das caixas para transporte de mercadorias, das embalagens que protegem alimentos e vários outros produtos, das folhas para impressão por computadores a uma variedade de produtos para higiene e limpeza. No decorrer dos avanços tecnológicos, as aplicações do papel se diversificam para tornar mais fácil, ágil e produtiva a vida dos consumidores e das empresas, governos e instituições. Para suprir as necessidades humanas com relação ao papel em suas mais variadas formas, é primordial a produção e consumo do produto dentro de padrões sustentáveis, um desafio para o qual a indústria está atenta, inova, investe e vem obtendo resultados positivos. É importante ressaltar que o papel produzido no Brasil tem origem nas florestas cultivadas, (como, por exemplo, o pinus e o eucalipto), um recurso renovável. Além disso, o papel tem a vantagem de ser reciclável, ou seja, grande parte retorna ao ciclo produtivo após o consumo. Além dessas vantagens, a indústria papeleira progride com melhorias contínuas para uma produção mais limpa e de menor impacto. O Brasil é um dos importantes produtores mundiais de

18 17 papel e, além de abastecer o mercado doméstico, exporta produtos principalmente para países da América Latina, União Européia e América do Norte. 3.2 Papéis para fins sanitários (Tissue) Os papéis para fins sanitários, também chamados de papéis Tissue, compõem folhas ou rolos de baixa gramatura, usados para higiene pessoal e limpeza doméstica, como papel higiênico, lenços, papel-toalha e guardanapos. Além das fibras virgens, eles têm como característica de sua composição o uso de aparas recicladas de boa qualidade. Os principais tipos são: - Papel higiênico. Usado especificamente em toaletes, pode ter uma ou mais folhas e diferentes graus de maciez. - Guardanapo. Pode incluir aparas tratadas quimicamente. textura e absorção são alguns de seus atributos. - Toalhas de mão. Tem uso normalmente comercial, consumido em rolos ou folhas intercaladas. - Toalhas de cozinha. Destinadas ao consumo residencial para limpeza em geral, como de pias e fogão. - Lenços. Podem utilizar aparas de boa qualidade tratadas quimicamente e têm menor gramatura, sendo úteis para limpeza facial (Portaria nº 1.480/90)

19 18 GRÁFICO 1 Tipos de papel produzidos no Brasil 2001 (FONTE: PORTARIA Nº 1.480/90, 2011) 3.3 Produção de papel tissue Na produção dos papéis Tissue, os tipos de matérias primas normalmente utilizados são: aparas; pasta de alto rendimento; bagaço de cana e celulose. Roveri (1997, p. 3) assim se refere sobre o uso de aparas na produção do papel Tissue: Em função do baixo custo e da necessidade de reciclagem de papéis é intensivo o uso desta matéria prima. As aparas possuem vários níveis de qualidade, porém, no Brasil, ainda encontramos problemas de padronização entre os fornecedores desta matéria prima. Para a reutilização das aparas é necessário existir todo um processo de reciclagem, composto de variados eq2uipamentos e diferentes tecnologias, porém, normalmente as propriedades desta matéria em seu estado final é variável.

20 19 expressa: Já, quando fala em pasta de alto rendimento, Roveri (1997, p. 4), assim se Esta pasta de madeira é proveniente de processos químicos, mecânicos, termomecânico e quimiotermomecânico. A sua utilização normalmente não é tão intensa, porém, oferece algumas vantagens tais como o aumento na espessura da folha e uma redução no custo, por ser um produto economicamente mais vantajoso. Como pontos negativos destacamos a pouca estabilidade quando exposta a luz (amarelamento precoce), baixa alvura em relação às pastas de celulose, ocasiona uma maior presença de stickies e outros. afirma: Sobre as matérias primas: bagaço de cana e celulose, Roveri (1997, p. 4) Bagaço de cana: esta matéria prima é pouco utilizada no Brasil,, porém, após processada é utilizada como fibra longa, oferecendo maior resistência ao papel; é de custo inferior, porém, como desvantagens temos a perda de alvura e maciez, além de consumir mais energia no processo de secagem. Celulose: as pastas celulósicas existentes no mercado devem possuir determinadas qualidades, tais como: Teor de Umidade; Alvura; Facilidade de Refinação; Resistência Mecânica; Volume Específico; Opacidade; Formação; Absorção, e fornecer as qualidades necessárias ao produto final. Pelo exposto, pode-se perceber que na produção dos papéis Tissue são utilizadas quatro matérias primas, umas com mais freqüência, outras nem tanto, dadas as suas características e qualidades, determinantes da qualidade do produto final. Na fabricação dos papéis Tissue, basicamente, as matérias primas dividem-se em dois grupos: as fibras curtas e as fibras longas e, sobre este assunto Roveri (1997) afirma que as fibras longas são advindas do eucalipto e a que melhor performance oferece ao produto final, especialmente, no que se refere a maciez. Além desta vantagem, o autor cita maior drenabilidade, melhor qualidade de refinação, boa resistência e tração a rasgo, boa absorção, além de outros. Roveri

21 20 (1997) ainda destaca que as fibras longas também provêm do pinus, com excelentes características, porém, para a fabricação de papéis Tissue perdem em qualidade quando comparadas a fibras curtas. 3.4 Controle da qualidade de matérias primas para a produção de papéis Para a empresa fabricante de papel torna-se muito importante o controle da qualidade dos insumos fibrosos com o recebimento de matéria prima, de maneira a selecioná-la para estabilidade na fabricação do papel. Esses controles dizem respeito a matérias primas como: aparas, celulose, pastas de alto rendimento e outras. Sobre este assunto, Macedo; Proença Neto; Santos (1994, p. 10) afirmam: Os controles sugeridos no recebimento das aparas são: Umidade, Contaminantes, Proibitivos e Classificação. Alguns cuidados devem ser tomados na segregação de fibras sintéticas como, por exemplo: lã de vidro que se apresente nas aparas pode chegar ao produto final, causando riscos aos usuários dos produtos Tissue. Já, no controle do recebimento de celulose, o trabalho já é bem mais simples, mas devemos verificar: Umidade, ph, Grau de Refino, Viscosidade, Resistência a Tração, Extraíveis em Solventes, Pintas, Cinzas, Porosidade e Alvura. Para o controle das Pastas de Alto Rendimento recomenda-se analisar: tamanho das fibras, número de cavacos e alvura, entre outros. Quanto ao controle do recebimento em máquinas de papel Tissue das demais matérias primas, faz-se necessário também dar a devida importância ao processo, para não prejudicar a qualidade na fabricação dos produtos finais. Um dos pontos mais importantes neste item é a utilização de produtos químicos na fabricação do papel, mas a tendência mais prevalente é a exigência quanto aos padrões de qualidade assegurada pelos fornecedores com envolvimento completo no uso e reações de seus produtos.

22 Aparas São recortes de papéis já utilizados, mas que ainda podem dar origem a papel novo. As aparas dependendo do seu nível de qualidade podem ser usadas corretamente como matéria prima de fabricação de papel e, neste caso, restringe-se somente a aparas brancas de boa qualidade e com pouca impressão. Mesmo havendo aparas de papéis com qualidade estável e com uso intensivo na fabricação de papel tissue de boa qualidade, se faz necessário o beneficiamento do material em uma planta de reciclagem de aparas, compostas por vários equipamentos, tais como: depurador, desagregador, peneiras, separadores centrífugos, flotação, entre outros (GAUGINSKI, 1996). As aparas possuem grandes variações em suas propriedades e tamanhos das fibras, sendo variável até o estado final da fibra, após seu beneficiamento. 3.6 Processo de fabricação de papel Desagregação A desagregação é o primeiro passo no processo de fabricação do papel e sua finalidade é homogeneizar as matérias primas, além de transformar as fibras em uma massa bombeável. Assim, as fibras desagregadas podem ser utilizadas em várias etapas do processo de fabrico do papel, tais como: depuração, centrifugação, flotação, lavagem e branqueamento. Macedo; Proença Neto; Santos (1994, p. 11) entendem que existem diferenciadas técnicas de desagregação que devem estar associadas ao tipo de matéria prima utilizada, ao processo de tratamento das fibras em etapas posteriores, e aos objetivos de especificação dos produtos.

23 Depuração Os equipamentos de depuração devem ser concebidos tendo-se como base o material a ser utilizado e a qualidade do produto final desejado. Macedo; Proença Neto; Santos (1994, p. 13) entendem que: Para o tratamento de aparas deve existir uma combinação adequada de equipamentos que realizem o trabalho de limpeza das aparas, uma vez que um único equipamento não executa todo o trabalho. Cada contaminante a ser retirado deve ser estudado minuciosamente, e projetado para si, um equipamento adequado para a remoção. Neste processo, insistem os autores, que muitos outros fatores devem ser considerados, tais como: custo de operação e do equipamento e a própria viabilidade técnica dentro do processo, ao que citam como exemplo: disponibilidade de água, energia, disponibilidade de equipamentos secundários que possam coletar tais impurezas, de maneira a facilitar a sua disposição Lavagem A lavagem é um processo bastante utilizado no tratamento de aparas, e consiste na separação mecânica de partículas presentes em aparas de papéis velhos. Macedo; Proença Neto; Santos (1994) afirmam que entre estas partículas a que mais se deseja remover são as de tintas, porém, a remoção de cargas minerais e de outras substâncias de estudo coloidal,e muito importante do ponto de vista químico, em especial, na fabricação de papéis Tissue, onde o depósito de Stickies é agravado por se tratar de papéis finos.

24 Flotação A flotação é um processo através do qual são removidas grandes quantidades de partículas, principalmente as de tinta. Este processo consiste na passagem de uma mistura de água e fibra injetada em compartimentos denominados células de flot5ação, onde se adicionam substâncias tensoativas que irão ajudar na remoção da tinta e na formação de espuma, além do ar que dá origem a bolhas que carreiam as partículas para a parte superficial da espuma (MACEDO; PROENÇA NETO; SANTOS, 1994) Dispersão Com a presença usual de contaminantes, após a realização de processos ou etapas anteriores e após a remoção de diferentes partículas, utiliza-se o processo de dispersão, com a finalidade de conseguir a redução do tamanho das partículas remanescentes Branqueamento O processo de branqueamento pode ser utilizado já nos estágios iniciais do processo de fabricação do papel, como, por exemplo, na desagregação ou em torres de branqueamento, que são de uso exclusivo para a realização da reação química, podendo-se, ainda, utilizar diversos estágios de branqueamento de acordo com o aspecto visual da polpa que se deseja obter. Segundo Macedo; Proença Neto; Santos (1994, p. 20): Nesta etapa temos os agentes de branqueamento, substâncias que, quimicamente se comportam como oxidantes ou redutores, propiciando incremento de alvura por complexas relações com a estrutura das fibras. Estes agentes são capazes de transformar alguns compostos derivados de celuloses (como, por exemplo, a lignina), presentes no meio em substâncias inertes do ponto de vista visual ou de contaminação.

25 24 Os autores citam alguns desses produtos, a saber: Hipoclorito de sódio, Perióxido de hidrogênio, Hidrossulfito de sódio. Então, concluído o processo de reciclagem das aparas e estas, estando aptas para serem utilizadas na fabricação do papel, pode-se utilizar a fibra como tal Refinação A refinação é considerada o processo mais importante na produção de papel para atingir as propriedades físicas desejadas no produto final. Segundo Macedo; Proença Neto; Santos (1994, p. 23): [...] se somente dispersarmos a pasta de celulose sobre a água o suficiente para que ocorra a separação, não teremos um papel de boa qualidade, haverá formação de fibras aglomeradas e danos na formação da folha. [...] na fabricação do papel Tissue, aplica-se muito menos energia de refinação e celulose do que para a fabricação de papéis planos. Na fabricação dos papéis Tissue, em especial, os papéis higiênicos, utiliza-se bem pouco a refinação, a fim de se evitar a floculação das fibras e, ao mesmo tempo, hidratá-las, o que favorece o número de ligações químicas que possam realizar. Portanto, é necessário tomar cuidado para não exagerar no refino das fibras, de modo a danificar sua estrutura e, até mesmo, muitas vezes podendo chegar a cortá-las. O processo de refinação na fabricação de papel, em especial, os papéis Tissue pode trazer alterações que são importantes e devem ser consideradas pelos fabricantes, tais como: - drenagem quando se aumenta a refinação diminui-se o escoamento e isto reflete no aumento do grau de relevo; - espessura o aumento da refinação resulta na diminuição da espessura da folha;

26 25 - resistência ao rasgo pode ficar diminuída quando a refinação promove o corte das fibras; - porosidade a folha fica menos porosa com o aumento da refinação; - opacidade a folha fica menos opaca com o aumento da refinação; - entrelaçamento das fibras a trama é aumentada, quando a refinação por hidratação for maior (MACEDO; PROENÇA NETO; SANTOS, 1994). Na refinação existem ainda fatores que influem no controle deste processo, que são: - desenho do refinador os desenhos mais utilizados nas fábricas de papel propiciam a hidratação das fibras, mas, existem também, discos com desenhos voltados para o corte das fibras, sendo de importância o uso do disco apropriado com ângulos adequados, ou seja, o disco projetado para o tipo de fibra que vai ser usado, seu comprimento e características gerais; - velocidade de rotação é a velocidade alta de passagem pelo refinador, o que favorece a fibrilação das fibras, evitando o corte. Isto pode acarretar gasto maior de energia, o que não ocorre na produção dos papéis Tissue; - ph da massa os aditivos químicos usados antes da refinação podem ter influência no ph da polpa, sendo conveniente usar um ph próximo de 7,0 ou 8,0, para que ocorra o trabalho de hidratação durante o processo de refinação; - temperatura o aumento da temperatura atrapalha o processo de refinação, já que a fibrilação fica inadequada, diminuindo o contato entre as fibras; - consistência a consistência quando baixa, durante o refino favorece o corte das fibras, mas, quando alta favorece a compressão longitudinal e a formação de aglomerados de fibra. No geral, se utiliza a consistência na faixa de 3 a 4 % para refinadores cônicos e 4 a 5 % para refinadores de disco (MACEDO; PROENÇA NETO; SANTOS (1994)

27 Aditivação química no processo de fabricação de papel Roveri (1997) na aplicação de produtos químicos que vão conferir ao produto final, propriedades físicas e ópticas desejadas por sua especificação. São eles: Alcalinizantes: são substâncias que são utilizadas com o objetivo de elevar o ph. Acidificantes: são substâncias químicas que possuem caráter ácido e promovem a neutralização da alcalinidade. Corantes: são substâncias que conferem cor ao papel alterando o estado visual da fibra. Agentes de resistência a úmido: normalmente usados resinas polimetricas de poliamida amida- epicloridrina de caráter catiônico. Resistência a seco: são agentes que incrementam a resistência a tração quando a folha está seca. Alvejantes ópticos: são complexos que possuem a capacidade de refletir luz quando exposto a incidência de luz com baixo comprimento de onda (faixa do ultravioleta). Antiespumante: são substâncias tensoativas, gordurosas, que são utilizadas para reduzir ou eliminar o nível de espuma do liquido. Controle de retenção: os produtos mais usados do controle de retenção e como auxiliar de drenagem são os de base de poliacrilamida. Dispersantes: são substâncias que diminuem a tração superficial das partículas, promovendo uma força de repulsão destas partículas a fibra e fazendo com que não seja notada visualmente ou até que tais partículas sejam removidas do sistema. Controladores de Stickies: existem diversos mecanismos no controle destas substâncias indesejáveis, como a repulsão elétrica promovida nas vestimentas da máquina evitando a aderência dos stickies, papéis com baixa gramatura são problemáticos nesta linha de atuação.

28 27 Revestimento de secador: normalmente substancias poliméricas que aplicadas a superfície do cilindro secador formam uma película aumentando a aderência da folha ao cilindro e propiciando condições especiais para a realização da crepagem na folha. Antiaderentes: normalmente óleos minerais solúveis que exigem altíssima pureza de seus constituintes de formulação. Estes produtos químicos são de grande importância no preparo para o papel e exigem uma dosagem adequada com o objetivo de dar mais qualidade ao papel produzido. 3.8 Máquina de papel Tissue Para a produção de papel Tissue existe um tipo de máquina específica, quando alguns itens precisam ser levantados para a seleção do material, e que são: os produtos químicos utilizados na preparação da massa, a temperatura das seções, o teor seco do papel nas diversas etapas e o custo das diversas seções da máquina. Com estas informações, determina-se a seção crítica a ser estudada. Os papéis Tissue são aqueles que possuem uma textura macia, flexível, com gramaturas típicas entre 10 g/m 2 e 50 g/m 2 e alta capacidade de absorção de líquidos, ou seja, são eles: o papel higiênico, papel toalha, guardanapo, lenço facial, dentre outros. A função da máquina de papel é remover a água da suspensão de fibras proveniente do circuito de preparação de massa (água branca) e formar a folha de papel. Basicamente, a máquina de papel é constituída, de forma geral, de quatro seções:: Formação (I) Prensagem (II); Secagem (III); Enroladeira/rebobinadeira (IV). A figura mostra as seções da máquina de papel Tissue.

29 28 FIGURA 2 Seções de uma máquina de papel tissue (FONTE:BARROS, 2011) De acordo com Barros (2011), essas seções podem ser assim descritas: Formação Na seção de formação, o início do processo ocorre quando o jato de suspensão de fibras, proveniente da caixa de entrada, atinge a tela formadora, consolidando-as e formando uma folha. Neste momento, também tem-se o desaguamento inicial, por ação da força centrífuga gerada pelo movimento do rolo formador no Crescent Former. Prensagem Após a formação, o papel segue sobre o feltro para a seção de prensagem, onde ocorre o desaguamento por compressão mecânica e ação do vácuo. Outra função importante da prensa é transferir o papel do feltro ao cilindro secador Yankee. Secagem A seção de secagem consiste no cilindro Yankee e capota de insuflamento, onde o cilindro realiza a secagem por condução de calor e a capota realiza a secagem por convecção. Enroladeira Após a secagem, o papel é destacado do cilindro e segue para a enroladeira, onde são formados os rolos jumbo. Na fabricação do papel Tissue, o processo de produção necessita da realização de passagem por todas as seções da máquina de papel.

30 Desenvolvimento FIGURA 3 Caminho do papel (FONTE: BARROS, 2011) Para a seleção da seção crítica da máquina, na qual concentra-se o esforço para selecionar o melhor material, utiliza-se: os produtos químicos utilizados na preparação da massa, a temperatura das seções, o teor seco do papel nas diversas etapas das seções da máquina (BARROS, 2011) Teor seco O teor seco é uma medida para quantificar a suspensão de fibras no papel e é definido pela massa de fibras em 100 g de suspensão. Quanto maior for o teor seco do papel, menor será a quantidade de água no mesmo. Levantando-se os teores secos na máquina de papel, obtém-se: Temperaturas A temperatura do meio é um fator essencial quando estudamos corrosão, porquê tanto o material, quanto o meio, podem sofrer mudanças em seu comportamento (BARROS, 2011).

31 Prensas 2011). Seção de Prensas Drenar o máximo de água para minimizar consumo de vapor na secadoria; Secagem ação combinada da compressão mecânica (Nip) e da sucção; São 3 prensas. Teor seco no final da prensagem: aprox. 35% (BARROS, 3.9 Recuperação de fibras, clarificação de águas e modelo de equipamentos Pode-se notar atualmente uma diminuição gradual do consumo de água em função da produção de papel. As causas que exercem maior influência para este fato são as de fundo ecológico/ambiental e as econômicas. O meio mais difundido para a obtenção destes resultados é a reutilização das águas de processo, bem como, a substituição gradual por meio da evolução dos periféricos mecânicos e da utilização da água fresca por outras águas de processo (Romero, 2001). Segundo Romero (2001) a utilização de novos equipamentos e novos conceitos de processo de sistemas de águas vem, atualmente, trazer benefícios nos seguintes aspectos: Tratamento de efluentes; Captação de águas; Controle de processo; Conservação de energia. A recuperação de água e fibras do processo de fabricação de papel, particularmente do sistema da máquina de papel, se configura em operação de importância econômica e ambiental.

32 31 Fibras recuperadas significam aumento da eficiência das fábricas de papel, pois a mesma quantidade de papel é produzida com menor desperdício de fibras. Ao mesmo tempo, melhor aproveitamento das fibras se traduz em uso mais eficiente da matéria-prima vegetal (ROMERO, 2001). Menor necessidade de água fresca no sistema da máquina de papel corresponde à redução da demanda sobre a estação de tratamento de água e melhor aproveitamento do recurso hídrico retirado da natureza. Menor quantidade de água em circulação no processo proporciona redução da quantidade de efluentes líquidos diminuindo a demanda sobre a estação de tratamento de efluentes (DOLNY, 2011). As estratégias para recuperação de fibras dividem-se em preventivas, evitando a saída de fibras para os efluentes; corretivas, eliminando as causas tradicionais de perdas de fibras e recuperadoras, instalando equipamentos de recuperação nos corrente líquidas onde as fibras estão sendo perdidas (ROMERO, 2001). De acordo com Romero (2001) para o auxílio do processo de clarificação das águas na fabricação de papel são utilizados equipamentos que trabalham em conjunto em diferentes fases do processo com objetivo de se ter a maior concentração possível de rejeitos e partículas nocivas ao processo de fabricação de papel, sendo estas retiradas do sistema a parcela de fibras contidas nestes rejeitos sendo separadas e retornando ao processo, incorporando uma parte da alimentação de matéria prima do processo. Processo: filtração, sedimentação, flotação. Equipamentos: filtro à discos, microflotador, circular, microflotador por lamelas, decantador, filtro engrossador, filtro de areia.

33 32 Segundo Romero (2001) água clarificada é a água de retorno da máquina de papel com extração quase que total de sólidos, e teor de fibras entre 100 e 700 ppm, temperatura de 30 a 40º C e pressão da rede entre 3,0 e 4,0 bar A importância do fechamento de circuito em uma máquina de papel A maior parte da água do sistema da máquina de papel circula através do fechamento de circuito. A água branca drenada da seção de formação corresponde a 98% (em massa) do total de água removida na máquina de papel e é reintroduzida no processo através do fechamento de circuito. Segundo Dolny (2011) a localização do fechamento de circuito, imediatamente antes da máquina de papel exige que suas operações e seus processos tenham estabilidade. O fechamento de circuito é responsável por entregar uma suspensão homogênea, limpa e estável, garantindo o bom desempenho da máquina de papel quanto ao andamento e produção. O fechamento de circuito deve atender a todas as demandas de bombeamento, desaeração e depuração da polpa. A suspensão fibrosa deve ser fornecida na concentração de sólidos e pressão estáveis para a caixa de entrada, sendo que essa condição contribui para a drenagem e formação satisfatórias da folha de papel na seção de formação. As demandas e estabilidades sendo satisfeitas mantêm a máquina de papel com produção e boa qualidade do papel (DOLNY, 2011). Variações e oscilações no fechamento de circuito são comunicadas à máquina de papel, comprometendo a obtenção de um papel bem formado e aumentando o número de quebras.

34 33 Na FIGURA 4 encontra-se ilustrado o diagrama de blocos de fechamento de circuito típico com as principais correntes líquidas do dessa parte do processo de fabricação do papel. De acordo com o que se pode observar na FIGURA 4, as principais operações do fechamento de circuito são: diluição da suspensão para a caixa de entrada, remoção de contaminantes sólidos e ar, condicionamento com produtos químicos e aditivos e suprimento de água para o controle de perfil transversal (GAUGINSKI, 1996). FIGURA 4 - Diagrama de blocos de fechamento de circuito com as correntes líquidas do tanque da máquina à máquina de papel (FONTE: DOLNY, 2011) Dentro do fechamento de circuito a depuração se constitui por cestaspeneiras (peneiras verticais pressurizadas) e hidrociclones, sendo chamada de

35 34 depuração de cabeça de máquina, e é a última operação por meio de equipamentos que modifica a suspensão fibrosa antes da máquina de papel. Gauginski, (1996) enfatiza a importância da depuração localizada antes da caixa de entrada porque remove sujeira da polpa e do tanque da tela. A diluição da suspensão no fechamento de circuito é feita com água branca, obtendo-se uma concentração de sólidos inferior a 1% (em massa), o que facilita a depuração por meio de hidrociclones e peneiras verticais pressurizadas (cestaspeneiras). Os hidrociclones consomem água branca para a diluição do rejeito em cada um dos estágios da operação. Água branca é usada na extremidade inferior dos hidrociclones na operação de elutriação para diluir o corrente líquida de rejeitos visando a recuperação das fibras arrastadas com o rejeito. Na sequência do processo, a corrente de aceite do primeiro estágio dos hidrociclones segue para as cestas-peneiras, que separam as impurezas em função da diferença de tamanho e formato entre fibras e rejeitos. Água branca é usada nas cestas-peneiras para diluir a corrente de rejeitos com o objetivo de melhorar a eficiência, recuperando as fibras arrastadas (Dolny, 2011) Recuperador de fibras modelo KROFTA O Krofta funciona pelo princípio de flotação por ar dissolvido (DAF), estes clarificadores são usados para remover as fibras, sólidos, óleos e graxas e outros contaminantes da água. Os Kroftas são usados em muitos processos industriais, como, mineração, processamento de alimentos, tratamento de água e estações de tratamento de esgoto. O princípio usado em clarificadores DAF é fazer com que os sólidos ou líquidos que devem ser removidos, flutuar pela adição de microbolhas de ar. Os sólidos ou líquidos flutuam e são removidos da superfície, enquanto a água clarificada é normalmente retirado abaixo da superfície do nível da água no tanque.

36 35 Logo abaixo, uma imagem de um Krofta grande diâmetro (12 22m). FIGURA 5 - Krofta (FONTE: JOHN MCKINNON, 2005) O Krofta desempenha três funções: Floculação dos sólidos a ser removido; Criação de microbolhas para fornecer a força de elevação para flutuar os sólidos e clarificar a água; Remoção dos sólidos flutuantes.

37 36 4. METODOLOGIA 4.1 Delineamento da pesquisa No que diz respeito à forma de abordagem do problema esta pesquisa adotou a abordagem quantitativa, já que seus resultados têm como base a análise de dados estatísticos (SILVA E MENEZES, 2001). Do ponto de vista dos procedimentos técnicos esta pesquisa se caracterizou como uma pesquisa-ação, a qual é um tipo de pesquisa com base empírica entendida e realizada com vista a associação com uma ação ou com a solução de um problema coletivo no qual o pesquisador está envolvido de modo participativo (THIOLLENT, 2007 apud TURRIONI E MELLO, 2010). Na pesquisa-ação o pesquisador colabora para o diagnóstico e para a solução de um problema, por meio do qual as descobertas resultantes iram contribuir para a base de conhecimento de modo prático particular (BRYMAN, 1989 apud TURRIONI E MELLO, 2010). A pesquisa-ação é a produção de conhecimento que guia a pratica a partir da modificação de determinada realidade, ocorrendo como parte do processo de pesquisa, portanto, o conhecimento produzido e a realidade modificada simultaneamente cada um correndo devido ao outro (OQUIST, apud TURRIONI E MELLO, 2010). A pesquisa-ação pode ser classificada em três modalidades principais, a saber: Técnica, pratica, e emancipatória. No caso deste estudo será utilizado a modalidade técnica a qual tem como objetivo avaliar a eficácia e eficiência da

38 37 prática e o desenvolvimento profissional. Nesse caso o pesquisador como especialista externo implementa uma prática com vista a realizar uma melhora no processo (SKERRITT e PERRY, 2002; TRIPP, apud TURRIONI E MELLO, 2010). 4.2 Coleta e análise dos dados Os dados para aplicação dos testes foram colhidos do Papel beta, onde foi observado o consumo dos produtos químicos (Perform PC8138D, Perform PC1279, Kymene 821, Perform PA8141, HB 2000 e Amido) anterior ao início do teste nas datas de 20/01/2013 à 03/02/2013. Para a obtenção dos resultados finais, foi adicionado o produto químico Hercobond 6363, o qual foi avaliado no período de 30/01/2013 à 03/02/2013. Os procedimentos para o resultado de avaliação final seguiu as seguintes etapas: Etapa 1: Chegar a uma dosagem do produto químico 6363, onde o custo do desenvolvimento seja pago com redução de químicos; monitorar demanda iônica da máquina e turbidez processo; Etapa 2: Elevar as dosagens do produto químico 6363 de 3 a 4 kg/ton buscando uma maior otimização de químicos e redução de energia de refino.

39 38 5. RESULTADOS 5.1 Início do projeto A idéia de melhoria gira em torno da otimização de químicos para o processo de recuperação de fibra, aplicando um produto de grande eficiência, uma resina de resistência a seco, com o nome de Hercobond 6363, assim podendo reduzir ou até mesmo eliminar vários outros aditivos do processo. Este projeto de melhoria foi realizado em duas etapas, sendo no primeiro momento com duração de 5 dias, de 30 janeiro a 03 fevereiro. Tendo em vista que os resultados foram positivos neste primeiro momento, foi então dado continuidade ao projeto, sendo que este relatório apresentará os dados encontrados durante os meses de 01 fevereiro a 30 abril de 2013 em comparativo com os meses de novembro, dezembro 2012 a janeiro A aplicação do produto Hercobond 6363 foi realizado na sucção das bombas de mistura nos canais de FC e FL a uma dosagem em torno de 2,5 kg/ton de papel Característica do produto em aplicação para otimização do processo O produto Hercobond 6363 tem por finalidade eliminar a quantidade de finos e colóides presentes na água branca, os quais trazem inúmeros problemas em termos de controle de carga e consumo de químicos no processo. Os finos e colóides acabam se ligando através de pontes de hidrogênio aos químicos

40 39 catiônicos e fibras deixando o papel menos resistente o que por sua vez necessita de um maior consumo de amido e energia de refinação para aumento da resistência. Que por consequência prejudica também a qualidade do produto acabado. Como o Hercobond 6363 tem caráter altamente catiônico, todo o lixo aniônico presente no sistema de água branca acaba por seguir juntamente com a folha aumentando assim a retenção do sistema. Entretanto, após alguns dias em máquina o produto faz a limpeza do sistema de forma contínua o qual permite a redução de químicos e energia de refinação contribuindo assim para uma melhora em termos de produto acabado. Tendo em vista que esse processo de limpeza no sistema ocorre diariamente o balanço iônico no sistema fica mais estável o que possibilitou uma redução em termos de controlador de carga e maior estabilidade de operação do recuperador de fibra e clarificador de água (Krofta), o qual aumentou sua eficiência de operação Aplicação do produto Hercobond 6363 A aplicação do Hercobond 6363 foi realizado na sucção das bombas de mistura dos canais de FC e FL iniciando com dosagens em torno de 1 kg/ton chegando em alguns momentos a 2,5 kg/ton especificações de aplicação.

41 40 FIGURA 6 - Fluxograma do processo da Máquina de papel com circuíto fechado, com Krofta (FONTE: O AUTOR, 2013) A imagem acima demonstra um fluxograma do processo de fabricação de papel Tissue, incluindo um recuperador de fibra e clarificador de água, neste caso um Krofta, assim demonstrando um circuíto fechado nesse processo fábril. Demonstra também os pontos de aplicações dos principais aditivos químicos que influencia no Krofta, esses que serão trabalhados no projeto como forma de melhoria. 5.2 Desempenho de máquina e processo Durante a execução do projeto não foi evidenciado problemas com andamento de máquina que viessem a prejudicar os números da produção.

42 Parâmetros de processo Durante o projeto de melhoria através da aplicação do Hercobond 6363 os principais parâmetros de processo avaliados foram: Consumo de energia de refinação Consumo de amido Consumo de Coagulante catiônico - Perform PC1279 Consumo de Polímero aniônico - Perform PA 8141 Consumo de resina aniônica de resistência a seco - Hercobond 2000 Consumo de polímero catiônico - Perform PC 8138D. Consumo de RU (resina de resistência a úmido) Turbidez da água branca Eficiência do Krofta Gráficos comparativos com os parâmetros do projeto de melhoria A figura 7 ilustra um gráfico dos resultados em termos de energia de refinação entre os meses de dezembro 2012 a abril FIGURA 7 Gráfico da energia específica de refinação (FONTE: O AUTOR, 2013)