UBI / TECNICELPA PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PAPEL. 12.0utubro A Máquina de Papel. Carlos Brás

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1 UBI / TECNICELPA PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PAPEL 12.0utubro.2017 A Máquina de Papel Carlos Brás 1

2 Sumário 1. Introdução 2. Máquina de Papel 2.1 Formação 2.2 Prensagem 2.3 Secagem 2.4 Revestimento superficial 2.5 Calandragem 2.6 Enrolador 2

3 Energia Eléctrica p/ rede 1. Introdução Processo de fabrico de pasta e papel floresta madeira fibra virgem Resíduos florestais Casca da madeira produção energia e vapor licor produção pasta Pasta seca p/ mercado Energia Eléctrica & vapor Pasta em suspensão Papel para impressão produção papel 3

4 1. Introdução Fases do processo de fabrico de papel Fibras + água Preparação Formação de pontos de ligação nas fibras Remoção da água Filtragem Prensagem Suspensão de fibras em água - ligações químicas entre as fibras e as moléculas de água Secagem Folha de papel Ligações entre fibras 4

5 1. Introdução O processo de fabrico de papel é um processo simples» numa 1ª fase as fibras estão misturadas com água» numa 2 ª fase remove-se a água e ficam as fibras ligadas entre si formando a folha de papel 5

6 1. Introdução A MP é composta por várias secções onde a água é removida de formas diferentes e onde as características do papel são manipuladas Caixa de chegada Secção de formação Secção de prensas Remoção de água e início da formação de ligações entre as fibras Pós secagem Revestimento superficial Pré secagem Remoção de água e fortalecimento das ligações entre as fibras Aplicação de amido na superfície Calandragem Enrolador Acabamento superficial ( alisamento ) e enrolamento 6

7 1. Introdução Quantidades de água envolvidas nas diferentes secções ( MP com 200 m de comprimento ) Secagem 20 l H 2 O / s ( 1%) Prensagem 40 l H 2 O / s ( 2%) Formação 1924 l H 2 O / s ( 97%) 2000 l/s = 16 kg fibras /s kg H 2 O /s 7

8 1. Introdução Água livre e água embebida 8

9 1. Introdução Requisitos de qualidade e sua relação com as diferentes secções da MP FUNCIONALIDADE ASPECTO VISUAL Curl, Cockling, Atrito Formação, Refinação, Film press, Químicos Look through, Brancura, Shade,Opacidade, Qualidade de impressão Químicos, Refinação, Formação, Prensagem, Film press PAPEL DE ESCRITÓRIO ATRIBUTOS ESTÉTICOS VERSATILIDADE CORTE E EMBALAGEM ATRIBUTOS AMBIENTAIS Espessura, Rigidez, Rugosidade, Odor Água, Pastas, Prensagem, Secagem, Calandragem Fotocopiadoras, Laser, Ink jet,préimpressão, escrita Formação, Flm Press, Secagem Qualidade do corte, Pó, Amainamento da resma, Embalagem ( resma, caixa, palete ) Químicos, Secagem Matérias-primas, Processo produtivo, Utilização, Reciclagem Toda a Máquina de Papel 9

10 1. Introdução

11 1. Introdução

12 2. Máquina de Papel UWF printing and writing papers L = 8.6 m V ( operação ) = 1550 m / min V ( projecto ) = 1700 m/min Produção anual = t 12

13 2.1 Formação Caixa de Chegada e Secção de Formação Remoção de grandes quantidades de água de forma controlada, de forma a garantir uma distribuição uniforme das fibras formação da folha. Source: grupo Portucel Soporcel 13

14 2.1 Formação Caixa de Chegada» homogeneização da mistura de fibras e água» zonas de turbulência para evitar fenómenos de floculação» microturbulência

15 2.1 Formação Caixa de Chegada» Requisitos desenho Pressão uniforme na direccção transversal ( CD ) à entrada da Cx chegada manifold de seccção variável para garantir igualdade de velocidades / pressões Câmara de atenuação para amortecimento de pulsações de pressão Gerador de turbulência para desfloculação com saída que garanta escoamento uniforme Lamelas para amortecimento de fenómenos de turbulência originados no gerador de turbulência, entre este e o slice Slice ( Lábio ) com desenho que não introduza novos fenómenos de macro turbulência localizada Source: grupo Portucel Soporcel 15

16 2.1 Formação Caixa de Chegada» Controle transversal peso seco Rods eléctricos Step motors Caixas de controle de diluição 16

17 2.1 Formação Caixa de Chegada» Requisitos operacionais Interior limpo de depósitos ( stickies ) Movimentos do slice ( horizontal e vertical ) síncronos entre LA e LC Nivelamento Superfícies interiores em bom estado, bem polidas Slice perfeitamente limpo, sem quaisquer depósitos Sistemas de controle CD de peso seco em bom estado Lamelas sem defeitos Source: grupo Portucel Soporcel 17

18 tons / dia 2.1 Formação Caixa de Chegada» Influência do tipo de lábio na eficiência B A B A jan04-mai04 jun04-jan05 fev05-jun05 A 18

19 2.1 Formação Caixa de Chegada» Efeitos sobre qualidade Formação abertura slice ( consistência ) ; ponto de impacto ; desenho Linhas de água desenho do lábio ; feixe de turbulência ; comprimento das lamelas Curl diagonal desnivelamento da caixa ; deformação do lábio inferior Bolhas de ar ponto de impacto Riscos MD depósitos no slice ; defeitos nas lamelas Orientação de fibras tipo de cx de chegada ( melhor as de diluição ) 19

20 2.1 Formação Secção de formação» drenagem por filtragem com auxílio de teias plásticas, foils e vácuo

21 2.1 Formação Secção de formação» tipos de formadores Fourdrinier ( mesa plana ) - drenagem num único sentido ; drenagem hidrodinâmica com o auxílio de rolos ( velocidades reduzidas ), foils e foils com pressão variável Forma redonda teia roda no interior de uma tina Formadores hibridos zona de mesa plana seguida por um formador superior drenagem nos dois sentidos a partir de uma determinada distância da cx chegada ; pode ter uma unidade de foils com pressão variável à entrada do formador superior. Gap formers duas teias logo à saída da caixa de chegada drenagem simétrica. 21

22 2.1 Formação Campos de aplicação de diferentes tipos de formadores

23 2.1 Formação

24 2.1 Formação Secção de formação» Requisitos desenho Lay out simples de forma a evitar acumulação de fibras ( slime ) suficientes e adequados mecanismos de limpeza ( chuveiros, raspas, aparadeiras, etc.. ) Evolução da drenagem de forma controlada, garantindo um desenvolvimento de consistência de acordo com impulsos de drenagem / formação Montagem fácil de teias Bons sistemas para limpeza de teias Dimensões adequadas ao tipo de fibras. Source: grupo Portucel Soporcel 24

25 2.1 Formação Secção de formação» exemplo de uma situação a evitar» acumulação de fibra num gap former 25

26 2.1 Formação Secção de formação» correção da situação anterior 26

27 2.1 Formação Secção de formação» couch roll» acumulação de fibra e cargas na zona ascendente 27

28 2.1 Formação Secção de formação» couch roll» acumulação de fibra e cargas na zona descendente 28

29 2.1 Formação Secção de formação» Requisitos operacionais Limpeza permanente Chuveiros em bom estado de funcionamento Rolos de sucção desentupidos Raspas alinhadas Revestimentos dos rolos em bom estado. Rolos alinhados. Foils com os ângulos adequados e distanciados entre eles de forma equidistante ( frequência dos impulsos ) Teias limpas, estáveis e sem defeitos. Source: grupo Portucel Soporcel 29

30 2.1 Formação Secção de formação» Efeitos sobre processo / qualidade Formação Escalonamento da drenagem; posição de foils, quantidade, ângulos, pressão ; tipo de teias e tensão das teias ; espessura do stock à entrada da teia superior ( formadores híbridos ) ; Curl tipo de formador; vácuo ; alinhamento de rolos e foils, estabilidade das teias Faixas de humidade exagerada pressão hidráulica entre teias ; defeitos em teias (vincos) Permeabilidade formação em pressão vs formação em velocidade Distribuição de filler na direcção Z tipo de formador Retenção tipo de formador; tipo de teias ; vácuo 30

31 2.1 Formação Secção de formação» diferenças de orientação de fibras entre as duas faces Óptimo curl 31

32 2.2 Prensagem Prensagem» remoção de água por acção mecânica» consolidação da folha para permitir a sua condução na secção de secagem» utilização de feltros, mangas e correias em PU 32

33 2.2 Prensagem Tipos de prensas PRENSAS DE NIP DE SAPATA Secura = 48 a 55 % PRENSAS DE NIP LINEAR Secura = 41 a 48 %

34 2.2 Prensagem Tipos de prensas» nas prensas de sapata não existem tiragens abertas as quais são limitativas da velocidade das MP s 34

35 2.2 Prensagem Secção de prensas» Requisitos desenho Rolos aspirantes com virolas com resistência adequada ao vácuo e força exercida pela pressão de prensagem Ângulos de saída das prensas que evitem reumidificação da folha Facilidade do escoamento de água das nips Adequada recolha de água em aparadeiras que evitem uma acumulação excessiva de água Estruturas calculadas para evitarem vibrações Bons sistemas de encaminhamento e de transporte da folha Bons sistemas de limpeza e condicionamento de feltros Source: grupo Portucel Soporcel 35

36 2.2 Prensagem Secção de prensas» Requisitos operacionais Feltros com capacidade de remoção de água sem marcação do papel.. Aparadeiras desentupidas Sistemas de limpeza e condicionamento de feltros devidamente ajustados e com funcionamento correcto Sistemas hidráulicos em boas condições de operação Sistemas de encaminhamento ajustados e afinados Raspadores alinhados e em boas condições de operação Bom estado geral de limpeza. Eliminação de pingos de água sobre a folha. Source: grupo Portucel Soporcel 36

37 2.2 Prensagem Secção de prensas» Efeitos sobre a qualidade Marcação por excessiva pressão hidráulica nas nips ou por excessiva largura de ranhuras no caso de mangas das shoe presses ou de rolos ranhurados ou de feltros ( shadow marking ou marcação mecânica ) Espessura comprometida devido a elevadas cargas mecânicas. Crushing excesso de água nas nips. Diferença de faces se não existir uma drenagem simétrica _ face em direcção à qual a drenagem é mais intensa = face mais rugosa Alteração das características finais de resistência mecânica do papel consoante existam ou não tiragens abertas. Fiber picking possível em prensas com belts de transferência Permeabilidade influenciada pela tiragem Source: grupo Portucel Soporcel 37

38 Bendsten Roughness (ml/min) 2.2 Prensagem Secção de prensas» Diferentes tipos de prensas» Efeitos sobre a espessura Prensas Benchmark lineares References Soporcel PM1 Cut Size Soporcel PM1 Offset Prensas de sapata Soporcel PM2 Prensa linear + Setúbal PM3 prensa de sapata Bulk (cm3/g) 38

39 tons / dia 2.2 Prensagem Secção de prensas» efeito da área aberta de uma manga de shoe press na produtividade Camisas c/ menor área aberta Camisas c/ maior área aberta Camisas c/ menor área aberta jan02-mar03 abr03-mar05 abr05-jun05 39

40 2.3 Secagem Secção de secagem» utilização de vapor como fonte de energia térmica para remover água do papel por evaporação 40

41 2.3 Secagem Secção de secagem» Custos de investimento elevados para remoção de apenas 1% do total de água Pos secagem Pre secagem 161m 41

42 2.3 Secagem Secção de secagem» Impacto do teor de secura do papel à saída das prensas Vantagens Menor consumo de energia Melhor runnability Redução do investimento menor dimensão da secagem Desvantagens Impacto negativo sobre a espessura do papel 42

43 2.3 Secagem Secção de secagem» Requisitos de desenho Máxima capacidade de evaporação por unidade de secagem Homogeneidade transversal de evaporação de forma a garantir bons perfis CD de humidade Boa runnability da Máquina de Papel - condições de transporte da folha adequada à velocidade da Máquina Mínimo consumo de energia - bom desempenho do sistema de vapor e condensados, ventilação e recuperação de calor 43

44 2.3 Secagem Secção de secagem» Métodos de secagem 44

45 2.3 Secagem Secção de secagem» Secagem multi-cilindros Fonte de energia vapor saturado Meio de transferência cilindros de ferro fundido Recurso a telas para promover a transferência da folha e o accionamento de grupos de cilindros Remoção de vapor de água através de ar num ambiente confinado capota de secagem

46 2.3 Secagem Secção de secagem» Diferentes tipos de secadores multi-cilindros Double tier Single felted Single tier 46

47 2.3 Secagem Secção de secagem» Injecção directa de ar quente ( Impingement drying ) INJECÇÃO DIRECTA INJECÇÃO INDIRECTA ( menor rendimento energético ) 47

48 2.3 Secagem Secção de secagem» Injecção directa de ar quente ( Impingement drying ) 48

49 2.3 Secagem Secção de secagem» Injecção directa de ar quente ( Impingement drying ) 49

50 2.3 Secagem Secção de secagem» Componentes de uma secaria multi-cilindros Vapor e condensados Elementos de runnability Sistemas de encaminhamento Ventilação e recuperação de calor 50

51 2.3 Secagem Secção de secagem» Taxa de evaporação em função da pressão de vapor Diagrama TAPPI de taxas de evaporação para papéis de impressão e escrita 51

52 2.3 Secagem Secção de secagem» Factores que afectam a taxa de evaporação 52

53 2.3 Secagem Secção de secagem» Otimização da eficiência energética de uma secaria Vapor e condensados Fracção mínima de vapor para condensadores ( bom desenho e operação da cascata ) Utilização de vapor flash para aquecimento do ar insuflado Sistema de ventilação Capota fechada, sem fugas e com ponto de orvalho elevado Sistema optimizado de recuperação de calor Não aquecimento excessivo do ar insuflado Teor de secura do papel à entrada da secaria o mais elevado possível ( 1% de ganho em secura reduz em 4% a quantidade de água evaporada ) 53

54 2.3 Secagem Secção de secagem» Utilizadores de vapor 54

55 2.3 Secagem Secção de secagem» Sistema de ventilação e recuperação de calor Exaustão de ar Recuperação de calor Insuflação de ar 55

56 2.3 Secagem Secção de secagem» Ventilação e runnability 56

57 2.3 Secagem Secção de secagem» Nível zero Nível zero alto ( riscos de condensação ) nível zero ideal Nível zero baixo ( fugas de ar quente pelas aberturas de passagem do papel ) 57

58 2.3 Secagem Secção de secagem» Sistemas de encaminhamento da tira Com cordas (secarias double tier simétricas ) Sem cordas ( secarias single tier ) 58

59 2.3 Secagem Secção de secagem» Requisitos operacionais Sistema de vapor e condensados em boas condições sifões ajustados com as folgas adequadas, inexistência de fugas, bombas de extracção de condensados em condições, sistema de controle afinado. Telas limpas e em bom estado de funcionamento. Sistemas de ventilação em boas condições condutas desentupidas, orifícios e ranhuras desentupidas, caixas alinhadas, nível zero correcto. Componentes de runnability em perfeitas condições vácuos adequados, caixas alinhadas, selagens em bom estado, ranhuras desentupidas Sistemas de encaminhamento ajustados e afinados Raspadores alinhados e em boas condições de operação Bom estado geral de limpeza. Source: grupo Portucel Soporcel 59

60 2.3 Secagem Secção de secagem» Efeitos sobre a qualidade Evolução da contracção com o teor de secura Perfil CD de contracção (single tier ) O perfil de contracção está na origem da variação CD das propriedades do papel : rugosidade, tracção, permeabilidade, formação, humidade 60

61 2.3 Secagem Secção de secagem» Efeitos sobre a qualidade Relação entre a resistência à tracção e o alongamento double tier : maior capacidade de alongamento ( maior plasticidade ) ; single tier : maior resistência à tracção ( maior elasticidade ) influência no módulo de young qualidade de corte! Curl secagem diferenciada Colagem rampa de secagem Marcação devida a telas _ emendas 61

62 2.4 Revestimento superficial Revestimento superficial» aplicação de uma calda de amido para melhorar características de impressão do papel 62

63 2.4 Revestimento superficial Revestimento superficial» Film press Através de um rod ranhurado é aplicada uma determinada quantidade de banho nos rolos de uma prensa, que é depois transferido para o papel na nip Rolos com revestimento em borracha Pick up de amido = f ( tamanho das ranhuras dos rods, pressão dos rods, viscosidade do amido, teor de sólidos do amido, velocidade ) 63

64 2.5 Calandragem Calandragem» controle da espessura do papel e alisamento das faces 64

65 2.5 Calandragem Calandragem» Tipos de calandras : hard calendering, soft calendering Calandra de dois rolos de aço em que um pode estar preparado para fazer o controle CD de espessura Calandra de duas nips com rolos macios, com pistões internos para fazer o controle CD de espessura 65

66 2.6 Enrolador Enrolador» enrolamento do papel em carretéis ( 45 a 70 ton ) para posterior transformação em bobines mais pequenas A tensão de enrolamento é controlada pela pressão entre o carretel e o tambor do enrolador A tensão de enrolamento é controlada pelo torque do motor que acciona directamente o veio do carretel 66

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