Análise e simulação da cinética das reações de extinção e caustificação a partir de diferentes cales
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Gustavo Matheus de Almeida
Roberto Galery
Roberto Galery
Resumo
A cal é um dos produtos mais antigos a serem produzidos e é atualmente aplicada em
diversos setores industriais, dentre eles o setor de celulose. Na indústria de celulose,
que emprega o processo Kraft, a cal é responsável pela recuperação do hidróxido de
sódio (principal composto químico do licor branco) a partir das reações de extinção e
caustificação. Por meio da lama de cal, gerada após as reações, é possível recuperar
a cal e iniciar um novo ciclo. Entretanto, há a reposição desse insumo, devido as
perdas durante o processo e a redução da reatividade. Com base nisso, o presente
trabalho tem por finalidade estudar os parâmetros relacionados a etapa de
recuperação do processo Kraft, procurando elucidar os fatores importantes que
afetam as reações de extinção e caustificação da cal. Foi aplicado o método do
planejamento de experimentos a fim de encontrar a relação entre os fatores
granulometria da cal (0 a 3 mm, 3 a 19 mm e 19 a 40 mm) e razão de cal (60, 85, 110
g/L) por meio de análise estatística. Os perfis de temperatura obtidos a partir do
monitoramento das reações ao longo do tempo foram fonte de dados para alimentar
o simulador e, assim, encontrar parâmetros relativos à cinética dessas reações. Foi
encontrado pela análise padrão de reatividade que a reatividade das cales e o
tamanho das partículas formadas após a reação com a água foram inversamente
proporcionais. Na reprodução das reações em laboratório, as maiores cales (3 a 19 e
19 a 40 mm) apresentaram maior variação de temperatura (18,26°C e 18,44°C), como
era esperado. A maior eficiência de caustificação encontrada foi de 87,36%,
mostrando-se um valor superior ao praticado nas unidades industriais. Pelo
planejamento de experimentos foi encontrado que a granulometria e a razão de cal
influenciam na variação da temperatura medida, sendo que a razão de cal tem maior
efeito sobre a variação de temperatura em relação à granulometria. Foi identificado
também que na reação da cal com licor verde a interação entre os fatores também
tem efeito sobre a temperatura. Por meio da simulação foi avaliada a variação de
entalpia, o coeficiente de difusão e a energia de ativação dessas reações que puderam
ser comparados ao dados da literatura, mostrando-se coerentes. O simulador
apresentou bons ajustes aos dados experimentais, apresentando menos de 5% de
erro experimental. Dessa forma, o trabalho apresenta resultados interessantes e que
contribuem para a ampliação do conhecimento da utilização da cal no processo Kraft.
Abstract
Lime is one of the oldest products to be produced and is currently applied in several
industrial sectors, including the cellulose sector. In the cellulose industry that employs
the Kraft process, lime is responsible for the recovery of sodium hydroxide (the main
chemical compound in white liquor) from the extinction and causticization reactions.
Through the lime mud, generated after the reactions, it is possible to recover the lime
and start a new cycle. The replacement of this input is necessary, since there are
losses during the process and reduced reactivity. Based on this, the present work aims
to study the parameters related to the recovery stage of the Kraft process, seeking to
elucidate the important factors that affect the reactions of extinction and causticization
of lime. The experiment planning method was applied in order to find the relationship
between lime granulometry factors (0 to 3 mm, 3 to 19 mm and 19 to 40 mm) and lime
ratio (60, 85, 110 g / L) through statistical analysis. The temperature profiles obtained
from monitoring the reactions over time were a source of data to feed the simulator
and, thus, find parameters related to the kinetics of these reactions. It was found by
the standard reactivity analysis that the reactivity of the limes and the size of the
particles formed after the reaction with the water were inversely proportional. In the
reproduction of the reactions in the laboratory, the largest limes (3 to 19 and 19 to 40
mm) showed greater temperature variation (18.26 ° C and 18.44 ° C), as expected.
The highest causticization efficiency found was 87.36%, showing a higher value than
that practiced in industrial units. Through the design of experiments, it was found that
the granulometry and the lime ratio influence the measured temperature variation, and
the lime ratio has a greater effect on the temperature variation in relation to the
granulometry. It was also identified that in the reaction of lime with green liquor the
interaction between the factors also has an effect on the temperature. Through the
simulation it was evaluated the variation of enthalpy, the diffusion coefficient and the
activation energy of these reactions that could be compared to the data in the literature,
showing to be coherent. The simulator showed good adjustments to the experimental
data, presenting less than 5% of experimental error. Thus, the work presents
interesting results that contribute to the expansion of knowledge about the use of lime
in the Kraft process.
Assunto
Engenharia química, Cal, Polpação alcalina por sulfato
Palavras-chave
Processo Kraft, Ciclo de recuperação, Caustificação, Simulação, Cinética, Planejamento de experimentos