Papel e celulose

Como a celulose é processada e o papel é feito em um veículo aquoso de até 99,5% de água, o gerenciamento da água é essencial para as operações  produtivas da fábrica. Os controles de nível monitoram o armazenamento de água de processo fria, quente, água potável, água de alimentação de caldeiras, água de produção de licor, águas residuais de processo e açudes de efluentes, poços e bacias de águas pluviais. Desafio O armazenamento de água processada, recuperada e de serviço pode variar de pequenos tanques a grandes tanques de granéis com alturas de 12,2 metros (40 pés). Os controles são especificados de acordo com o tamanho e a geometria da embarcação de armazenamento a granel. Os controles de nível em reservatórios de atmosfera aberta devem resistir a condições climáticas rigorosas. O armazenamento de um líquido forte, deve estar em conformidade com os padrões da NFPA.

O estoque de celulose é armazenado em densidades variadas em “baús” horizontais ou verticais, que são brincadas com um agitador que mantém o estoque em suspensão. Uma torre é uma embarcação maior que fornece tempo de retenção e um fluxo para baixo / para cima da polpa. Como a celulose pode transportar oxidantes residuais que causam a corrosão dos vasos de armazenamento, os interiores dos vasos são revestidos com materiais resistentes. Desafio A medição de nível de vasos de armazenamento é necessária para manter um suprimento consistente de estoque de celulose para a máquina de papel. Os recipientes de polpa representam um desafio de medição de nível devido a meios espessos e pegajosos, altas temperaturas, vapor no espaço de vapor, agitação e os efeitos ligeiramente corrosivos e abrasivos da lama.

A caixa de mistura é um tanque grande e agitado usado para misturar vários tipos de polpa, enchimentos e aditivos juntos em uma fórmula especificada para a máquina de papel. O estoque misturado é alimentado para o baú da máquina, onde é bombeado para a caixa de entrada e distribuído uniformemente sobre o fio em movimento da máquina de fabricação de papel. Quando o estoque é desidratado e seco, o resultado é papel acabado. Desafio Os controles de nível garantem que as caixas nunca transbordem e que o nível nunca afunde abaixo de um nível seguro em relação à zona de agitação. O monitoramento de nível deve lidar com a espessura da polpa, alta umidade e mudanças de gravidade específica. Como a operação de descarga do tórax está no controle de nível, um fluxo consistente deve ser mantido para garantir a fabricação contínua de papel.

Projetado para mover fluidos espessos, as bombas MC (Média Consistência) são ideais para o transporte de celulose em um moinho. A polpa é freqüentemente bombeada de um tubo vertical, um tubo de alimentação vertical integrado à bomba. As bombas com tubos verticais normalmente bombeiam para e de lavadoras e espessas, misturadores de O2 e CLO2, torres de extração, torres de armazenamento de alvejantes e torres de armazenamento de polpa de alta densidade. Desafio É importante que o nível adequado de celulose seja mantido em um standpipe. Um controle de nível no tubo vertical faz isso acionando uma válvula a jusante da bomba. Um controle de nível com defeito pode resultar em estouro do tubo no tubo vertical ou fazer com que a bomba funcione em um superaquecimento de condição de fluxo zero e danifique a vedação.

O processo kraft é o método de polpação mais prevalente. Aqui, o calor e os produtos químicos (hidróxido de sódio e sulfeto de sódio, ou licor branco) se combinam em um grande fogão pressurizado, ou digestor, para transformar cavacos de madeira em polpa ao dissolver o aglutinante de lignina da madeira. A lignina residual e os produtos químicos usados, ou Licor Negro, são encaminhados para uma caldeira de recuperação. Desafio O monitoramento do nível do digestor mantém a estabilidade operacional, aumenta o rendimento e reduz a variação kappa (a medida de lignina restante na polpa). Condições de processo de até 355 ° F (+ 180 ° C), vapor, alta pressão e produtos químicos agressivos podem desafiar muitos sensores de nível. Monitoramento de nível contínuo e monitoramento de ponto para overflow é um esquema comum para digestores.

Devido a questões de saúde, segurança e meio ambiente sobre dioxinas e furanos, o uso predominante de cloro elementar como agente de branqueamento de celulose deu lugar a tecnologias alternativas. Hoje, as tecnologias Elemental Chlorine Free (ECF) são usadas para cerca de 95% da produção de celulose branqueada. Um gerador produz CLO2 que é misturado com água para branqueamento. Desafio O dióxido de cloro gasoso é transportado para uma torre de absorção onde é dissolvido em água gelada para produzir a solução aquosa de água sanitária com dióxido de cloro. Manter o nível contínuo no gerador é crítico, porque o equilíbrio do material químico dentro e fora do gerador é essencial. O mau funcionamento dos controles pode criar um “White Out”, onde a produção de alvejantes cessa e um desligamento ocorre.

Black Liquor é a mistura de resíduos do digestor de produtos químicos usados e lignina extraída de lascas de madeira. Quando queimado em uma caldeira de recuperação, a Black Liquor produz calor para vapor e também libera substâncias químicas do digestor chamadas “cheiradas”. Misturado com água, o cheiro se torna Licor Verde. Este é tratado com cal nos causticizers para produzir White Liquor, o produto químico para cozinhar do digestor. Desafio Armazenado em concentrações variadas, os licores são soluções corrosivas com altos níveis de compostos orgânicos. Os licores podem causar queimaduras químicas ou danificar os pulmões se inalados. Os sensores de nível lidam com a aspereza, a densidade variável e o dielétrico dos produtos químicos, a agitação, a formação de espuma e a viscosidade da mídia. Os controles do tanque devem ativar os alarmes apropriados ou sistemas de desligamento de emergência.

Os vapores do digestor contêm terebintina e 85% dela é liberada durante o ciclo de alívio. A recuperação deste composto orgânico volátil (VOC) é realizada por razões ambientais, para diminuir o tratamento de efluentes do condensado, para utilizar a terebentina como fonte de combustível, ou para vendê-la como subproduto a processadores químicos. Desafio Dois recipientes em um sistema de recuperação típico requerem controle de nível da interface da terebintina / água: o decantador ou separador e o tanque de armazenamento. A National Fire Protection Association (NFPA) classifica a terebintina como um “grave risco de incêndio”. Por esse motivo, o decantador está contido em uma área dyked, os tanques de armazenamento são às vezes localizados abaixo do solo e os controles devem ser classificados como à prova de explosão.

A polpa é lavada em duas junções no processo de polpação química. Brown Stock (polpa com lignina residual) é lavado seguindo o digestor; e o estoque branqueado é lavado na unidade de branqueamento de vários estágios. Em cada caso, a celulose se move através de uma série de lavadoras e peneiras para remover produtos químicos e cavacos residuais. Os controles de nível geralmente monitoram os tanques de massa e os tanques filtrados nas unidades de lavagem. Desafio O controle preciso do nível das duas linhas de lavagem de polpa garante um suprimento consistente de água de lavagem; mantém a estabilidade do nível; assegura níveis corretos de diluição para a linha de lavagem; mantém os fluxos de filtrado em equilíbrio; e diminuirá a carga química e possíveis problemas nas unidades de processamento a jusante causadas por polpa não lavada.

O vapor gerado na caldeira de recuperação é usado para executar muitas partes de um moinho. Concentração de licor e secagem de papel são os maiores usuários de vapor, seguidos por digestão, branqueamento e vaporização de cavacos. (O vapor também aciona um sistema de cogeração de turbina se um moinho estiver equipado). Um sistema de condensação de vapor na seção de secagem da máquina de papel coleta água para reutilização no moinho. Desafio O condensado de vapor dos tambores do secador entra em até meia dúzia de tanques receptores do sistema de retorno de condensado. Os controles de nível nesses tanques garantem que a água seja devolvida à usina para reutilização, desviada para armazenamento ou descarregada para o esgoto. Quando o controle detecta o nível superior no tanque, ele acionará uma válvula de descarga para remover o condensado acumulado.

Na digestão em lote, a polpa e o licor negro são transportados mecanicamente ou “soprados” para um tanque de sopro atmosférico após a conclusão do ciclo de cozimento. O tanque é um grande recipiente cilíndrico que funciona como armazenamento intermediário da polpa cozida, e a partir do qual a polpa (agora denominada “Estoque Marrom” devido à sua cor) é descarregada em um fluxo uniforme para um processo de lavagem. Desafio O controle de nível do tanque de sopro ajuda a manter o equilíbrio entre os processos de digestão e lavagem. Os controles de nível facilitam o espaçamento dos tempos de funcionamento no digestor, ao mesmo tempo em que promovem a melhoria da qualidade do produto, mantendo uma produção e eficiência de lavagem consistentes. A presença de um agitador de tanque afetará a seleção do controle de nível, que normalmente é um interruptor de alto nível.

Como o maior usuário industrial de água de processo, as fábricas de papel e celulose estão frequentemente localizadas próximas a fontes de água naturais. As telas de barra são colocadas em canais de entrada ou poços úmidos para remover detritos que podem danificar o equipamento do moinho. Quando os detritos se acumularem, a limpeza da tela é realizada com um ancinho automatizado tipicamente acionado por um controle de nível montado em um canal a montante. Desafio Os níveis de água dos canais de entrada e dos poços da planta exigem monitoramento. Embora normalmente seja uma aplicação de rotina, o clima frio pode causar complicações para controles de nível, especialmente aqueles que atuam na limpeza de telas. Um controle de nível operando em condições externas frias deve ser preciso e confiável, apesar das condições de congelamento.

A polpa que sai da unidade de lavagem do digestor retém uma cor marrom escuro devido ao teor residual de lignina que deve ser frequentemente removido por branqueamento. Plantas de branqueamento branquear celulose através de três a cinco etapas de branqueamento e lavagem com água. Normalmente, dois pares de dióxido de cloro e torres de extração cáustica são seguidos por etapas de lavagem da polpa. Desafio As operações de branqueamento exigem controles de nível para manter níveis consistentes nas torres de branqueamento e gerenciar o fluxo de celulose para etapas sucessivas, controlando as válvulas de saída da torre. Os desafios de aplicação incluem densidade de polpa variável, temperaturas acima de +95°C (95°C), produtos químicos agressivos e a necessidade de limpeza fácil de partes molhadas. Um interruptor de nível de ponto garante proteção contra transbordamento.