Análise exergética com proposta de parâmetros de sustentabilidade energética e ambiental da fornalha da caldeira de recuperação Kraft de obtenção de celulose
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Suzimara Reis da Silva
Leandro Coelho Dalvi
Esly Ferreira da Costa Júnior
Leandro Coelho Dalvi
Esly Ferreira da Costa Júnior
Resumo
O processo Kraft de extração de celulose se caracteriza como um setor de grande
investimento no Brasil, sendo significativo este retorno financeiro para a economia
brasileira. O processo Kraft pode ser dividido em duas partes, a primeira envolve a
preparação da madeira em cavacos para serem cozidas no digestor, separando a
lignina das fibras celulósicas em presença do licor branco. O resultado é uma polpa
de celulose e, como subproduto, é gerado o licor preto. A segunda parte do processo
Kraft envolve a etapa de recuperação, que recupera compostos do licor preto que
voltam à rota produtiva compondo o licor branco. A etapa de recuperação se destaca
pela caldeira de recuperação que, ao queimar o licor preto, viabiliza a produção de
grande quantidade de energia elétrica. Em virtude das preocupações ambientais com
o uso de fontes de energias renováveis, como é o caso do licor preto, e a importância
da decorrente geração de energia elétrica para o processo Kraft, o presente trabalho
tem o objetivo de propor análises energética, exergética bem como a proposta de
parâmetros que avaliam a eficiência e a sustentabilidade da fornalha da caldeira de
recuperação. A metodologia proposta se baseia em estudos já dispostos na literatura.
Para a descrição da composição química da fornalha utiliza-se a técnica da
minimização da Energia de Gibbs. Dados industriais e dados dispostos na literatura
são usados para validar os resultados da modelo minimização de Gibbs para que
possa ser feita a análise exergética propondo parâmetros de eficiência e impacto
ambiental. Os resultados obtidos demonstram que exergia química e física
apresentam contribuições relevantes no processo. A eficiência exergética da fornalha
foi de 81%, porém uma nova proposta de eficiência demonstra o resultado de 58% ao
relacionar a exergia desperdiçada pelo processo.
Abstract
The Kraft process for cellulose extraction is characterized as a sector of significant
investment in Brazil, providing substantial financial returns to the Brazilian economy.
The Kraft process can be divided into two parts. The first part involves preparing wood
chips to be cooked in a digester, separating lignin from cellulose fibers in the presence
of white liquor. The result is cellulose pulp, with black liquor generated as a byproduct.
The second part of the Kraft process involves the recovery stage, which reclaims
compounds from the black liquor, returning them to the production cycle to form white
liquor. The recovery stage is notable for the recovery boiler, which, by burning the black
liquor, enables the production of a substantial amount of electrical energy. Due to
environmental concerns regarding the use of renewable energy sources, such as black
liquor, and the significance of the resulting electrical energy generation for the Kraft
process, this study aims to propose energetic and exergetic analyses and the
establishment of parameters to assess the efficiency and sustainability of the recovery
boiler furnace. The proposed methodology is built upon existing studies in the
literature. The description of the furnace's chemical composition is achieved using the
Gibbs Energy Minimization technique. With the aid of an energy balance, it's possible
to estimate the furnace and combustion gas temperatures. Industrial data and
information available in the literature are used to validate the model's results, enabling
the exergetic analysis and proposing efficiency and environmental impact parameters.
The obtained results demonstrate that both chemical and physical exergy make
significant contributions to the process. The exergetic efficiency of the furnace was
81%. However, a new efficiency proposal shows a result of 58% when considering the
exergy wasted by the process.
Assunto
Polpação alcalina por sulfato, Gibbs, Energia livre de, Exergia, Energia renovável, Sustentabilidade
Palavras-chave
Fornalha Kraft da caldeira de recuperação, Minimização da Energia de Gibbs, Análises exergética e de sustentabilidade
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