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Efecto del refinado.
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Technical Article
Tratamento mecanico defibra curta de eucalipto com
utilizaao de discos de refino
Mechanical treatment ofeucalyptus fiber using refiner plates with higher bar edge crossing length
Autores Dorival Martins de AlmeidaGuillermo I SevriniLarissa Martin LeodoroI
Manoel Silvestre Faez2 Manuel Reguera SotoSuzana Yuri KanecoI
Palavras chave refino disco de
refino comprimento especffico de
corte fibra curta de eucalipto esta
bilidade dimensional
Ao longo da historia da fabric a
9ao de papel no Brasil nossas em
presas diferentemente da praticamundial especializaram se em tra
balhar com furnish composto de
100 de fibra curta de eucalipto Na
ausencia da fibra longa para propor
cionar propriedades inerentes de re
sistencia fisica 0 produtor brasilei
ro esta sempre em busca de alterna
tivas para trabalhar a fibra de euca
lipto de maneira a atingir 0 equilibrio otimo entre desenvolver resis
tencia fisica e minimizar a perda de
propriedades estruturais principalmente bulk
E na opera9ao de refino que as
mudan9as estruturais e fisicas da fi
bra de eucalipto acontecem Resis
tencia fisica opacidade porosida
o
AbstractPaper mamifacturing companies in Brazil have throughout their his
tory acquired the expertise to work with fitrnish 100 hardwood ofeu
calyptus pulp an unique feature compared to worldwide common practice In absence ofsoftwood to enhancephysical properties inherent to longfibers Brazilian mamifacturers are always in search of alternatives to
handle eucalyptus fiber insuch a way to achieve the best balance between
physical strength development and minimum loss ofstructuralpropertiessuch as bulk
Physical andstructural changes in eucalyptus fibers happen during re
fining operation Physical strength opacity porosity bulk water retention
and drainability are operating parameters essential for mamifacturing ofprinting and writingpapers They are directly responsible forpaper machi
ne runnability paper quality and its performance at the end user
For reprographic use dimensional stability is extremely importantforits contribution to visual aspect of the virgin and the printed material
Dimensional stability is strongly affected by the quality of the refinedfiber and is inversely proportional to the amount of refining
Recent advances in the technology ofnew materials andproduction ofrefiner plates made it possible to buildplates with higher bar edge cros
sing length Hence low intensity refining turned into reality and created
opportunities to achieve a new referential for the quality of refined eu
calyptus pulp
Keywords refining refiner plate bar edge crossing length eucalyptuspulp dimensional stability
Referencias dos autores
1 Votorantim Celulose e Papel S A Luiz Antonio SP Brasil2 Votorantim Celulose e Papel S A Jacarei SP Brasil
de bulk indice de reten9ao de agua e drenabilidade
sao variaveis de trabalho consideradas essenciais na fa
brica9ao de papel para impressao e escrita que afeta
rao diretamente tanto 0 andamento da maquina de pa
pel quanta 0 produto e 0 desempenho no usuario final
Para a opera9ao de reprografia estabilidade dimen
sional e uma propriedade extremamente importante por
que se traduz no aspecto visual do produto tanto no pa
pel virgem como apos a copia A estabilidade dimensio
nal forte mente afetada pela qualidade da fibra refinada
e inversamente proporcional a quantidade de refino
Muito recentemente 0 avan90 na tecnologia de ma
teriais e de produ9ao de discos de refino possibilitou a
dis rlbul lon
Figura 1 Analise marfalogica Kajaani das palpas sem
refina a Alta Parana e b VCP LA
constru9ao de discos com maior comprimento especffico de corte Esse desenvolvimento teve como conseqiiencia direta a possibilidade de trabalhar com baixa in
tensidade de refino e buscar urn novo referencial na
qualidade da fibra de eucalipto refinada
A Votorantim Celulose e Papel Unidade Luiz An
tOnio localizada a 300 quil6metros da cidade de Sao
Paulo dedica se a fabrica9ao de papel para impressaoescrita e reprografia a partir de celulose de eucaliptoobtida na propria planta Nossos produtos sao exportados principalmente para os mercados norte americano
e europeu sendo a fibra curta de eucalipto 0 diferencial
para se obterem produtos com forma9ao superior boa
opacidade bulk e nao menos importante custo con
veniente Essa condi9ao de utilizarmos 100 de fibra
de eucalipto nos motiva a fazer estudos continuos para
desenvolver processos que melhor se adaptem a nossa
necessidade de alcan9ar valores otimos de resistencia
fisica da folha umida alta drenabilidade da polpa e urn
produto final com baixa resistencia a passagem de ar e
boa estabilidade dimensional Este trabalho relata urn
recente desenvolvimento realizado com discos de refi
nadores com maior comprimento especffico de corte
11 Principio basico de refino
o processo de refino e a opera9ao chave na fabric a
9ao de papel no que se refere ao tratamento das fibras
oFigura 2 Influencia da CEL sabre a energia liquidade refina
Figura 3 Discos de refinadores para fibra curta de eu
calipto a convencional b maior comprimento especifico de corte
Figura 4 Baixa intensidade de refino para polpa deeucalipto Demuner etal 2005
Com 0 refino consegue se conferir
a fibra a resistencia necessaria para
que a folha suporte as tensoes a que
e submetida durante sua passagem
na maquina de papel Na praticaporem 0 refino e possivel ate certo
limite para que nao interfira nega
tivamente na drenabilidade da fo
lha no corpo do papel e em sua es
tabilidade dimensional A qualidade da fibra refinada depende das
condi9oes a que e submetida duran
te 0 tratamento nos refinadores
A extensao do refino pode ser medi
da por parametros a saber
a energia de refino kWh t
b intensidade de refino Ws m
Para medir a intensidade de re
fino a teoria empirica da Carga
Especifica de Lamina CEL tern
boa aceita9ao e expressa de ma
neira simplificada a intensidade
dos impactos sobre as fibras no
refinador ABTCP E definida
pela razao entre a potencia liquida aplicada e 0 comprimento de
o
cruzamentos de laminas na Ulll
dade de tempo
CEL Pnet CEC em Ws m onde
Pnet potencia liquida kW
CEC comprimento especifico de
corte km s
Para aplica9ao em fibra curta reco
menda se trabalhar com intensida
de de refino menor que 1 0 Ws m
12 Discos de refinadores com mai
or comprimento especifico de corte
A fibra curta de eucalipto tern di
mensoes bastante distintas da fibra
longa Figura 1 e seu uso extensivo
em diversos segmentos de fabrica9aode papel acabou por demandar 0 de
senvolvimento de discos de refinado
res especificos para seu tratamento
Uma nova tecnologia patenteada que consiste no corte a laser
montagem e liga9ao das partes por
difusao possibilitou a constru9ao de
discos de refinadores com desenho
unico padroes de laminas finas e
alta capacidade volumetrica
A Figura 3 ilustra a diferen9a de
desenho entre urn disco de refina
dor convencional utilizado no refi
no de fibra curta de eucalipto e
Ra A
rlIlli llr aiI T 1lil
Fig 5 Esquema da instala ao dos refinadores
Figura 6 Potencia liquida e CEL para discos com diferente CEC
aquele construido conforme 0 novo
conceito ao qual nos referiremos a
partir de agora como Teste
o resultado e a possibilidadeunica de se trabalhar com intensi
dade de refino extremamente baixa
que somada ao material emprega
do na confec9ao dos discos cria
oportunidades para
aumento do tempo de vida dos
discos pela combina9ao de intensi
dade reduzida desenho das ranhuras
e material de confec9ao dos discos
redu9ao no consumo de ener
gia pelo efeito do comprimentomaior das laminas
melhoria da qualidade da polparefinada pela menor intensidade de
refino aplicada reduzindo 0 efeito
negativo sobre a estrutura da fibra
melhoria da qualidade do pro
duto pelo aumento de resistencia
fisica e bulk para urn mesmo grau
de refino
bnbibltlf
l iliiI 5
A principal diferen9a entre os
discos convencionalmente utiliza
dos para refino de polpa de euca
lipto e a nova gera9ao de discos esta
no comprimento efetivo de corte
convencional 96 72 km rev
nova tecnologia 152 km rev
Com este novo disco temos a
oportunidade para em uma mesma
energia Hquida trabalhar com in
tensidade de refino 36 menor
Os resultados apresentados neste
trabalho foram obtidos durante 0 pe
dodo de vida utiI dos discos de refi
no com maior comprimento efetivo
de corte quando seu desempenho foi
comparado ao dos convencionais
Em nossa fabrica a maquina de pa
pel tern instalados refinadores Voith com
discos de 42 de diametro e configurados para trabalhar tanto em serie como
em paralelo Para este estudo dois refi
nadores trabalharam em paralelo com
discos convencionais enquanto outros
dois com maior comprimento especifico decorte foraminstalados emdois ou
tros refinadores tambem em paralelo
o
Figura 7 Redu ao na potencia total e no consumo especifico por grau Schopper Riegler
o
Largura da Fibra Ilm 17 2 17 3 17 3
Espessura da Parede Ilm 275 2 62 271
Fracao Parede 32 0 30 3 314
Diametro do Lumen Ilm 117 12 1 11 8
fndiee de Flexibilidade 68 0 70 0 68 6
fndiee de Enfeltramento 47 3 45 9 47 6
fndiee de Runkel 047 043 044
Coarseness mg l00m 64 5 8 6 0
Numero de Fibras grama nO x 10 23 3 27 3 25 1
Comp Medio Ponderado mm 0 81 079 0 82
Finos n 0 2mm Le 9 9 11 6 10 8
Tabela 1 Resultados da analise morfologica das fibras
Bulk Lab em3 g 1 32 1 35
Bulk Papel em3 g 1 31 1 32
Porosidade s 100 mL ar 17 6 16 8
Resisteneia ao Rasgo Transversal mN 489 535
Resisteneia a Trac ao Longitudinal kN m 543 547
Alongamento Transversal 57 5 0
Rigidez Transversal gf em 0 90 0 90
Tabela 2 Propriedades da folha formada em laboratorio e do papel
2 1 Consumo especifico de energiaEm uma primeira situa9ao experi
mental a energia aplicada foi mantida
constante para cada condi9ao de disco
utilizado 0 resultado foi a queda de
CEL de 0 96 para 0 61 Ws m porem 0
grau Schopper Riegler dapolparefinada aumentou de 36 oSR para 45 oSR
Para equalizar a qualidade da polpa refinada em uma segunda etapa
ajustamos a energia aplicada em 88 7
kWht no refinador com discos con
vencionais e em 70 2 kWht no refi
nador com 0 novo disco para se atin
gir urnmesmo grau de refino de 370SR
o novo disco possibilitou a redu
9ao de 19 na potencia total aplicada 0 que se traduz diretamenteem eco
nomia de energia Figura 7 Houve
tambem redu9ao de 43 no consumo
especifico por grau Schopper Rieglerde 4 9 para 3 4 kWhtoSR
A facilidade de ganho de refino
com 0 disco em teste permitiu operar
o refinador com vazoes mais elevadas
para a mesma configura9ao de refina
dor Apos otimiza9ao do processo 0
usodesse disco possibilitou operar com
urn refinador a menos diminuindo
portanto 0 consumo de energia e os
custos com manuten9ao
2 2 Vida 6tH dos discos
A vida util do disco foi calculada
de maneira comparativa tomando
se comobase a quantidade de massa
o
Anexo 1 Microscopia eletronica das polpas
refinada durante 0 periodo de funci
onamento do disco convencional
Figuras mostram as fotos de urn
disco convencional e de urn Teste
novos e apos 0 termino da vida
utiIPodemos observar que devi
do ao desenho geometrico do dis
co Teste a largura da lamina nao
se altera com 0 desgaste mas 0
o
mesmo nao ocorre no disco con
vencional Tal ganho tern como ex
plica9ao 0 desenho e 0 material do
disco bem como a CEL aplicadadurante 0 teste A obten9ao dessa
CEL menor so foi possivel pelomaior comprimento efetivo de cor
te dos discos em teste 96 72 km
rev vs 152 km rev e pela menor
potencia aplicada para se atingiro mesmo grau de refino
2 3 Qualidade da polpa refinada
A polpa refinada com 0 disco em
teste apresenta tendencia de influ
enciar menos 0 Indice de Reten9aode Agua IRA chegando a uma di
feren9a de 20 pontos se comparar
mos as pol pas com mesmo grau
Schopper Riegler
2 3 1 Propriedades morfologicasAs diferen9as encontradas nas pro
priedades morfologicas das fibras re
finadas com os dois discos nao podemserconsideradas significativas confor
me resultados na Tabela 1
2 3 2 MicroscopiaA microscopia Anexo 1 mostra
que existe diferen9a entre as polpasrefinadas com 0 disco convencional e
o Teste Pelo aspecto visual 0 refino
com 0 disco convencional forma uma
malha de fibra mais fechada e resulta
em maior degrada9ao da fibra No caso
da polpa refinada com 0 novo disco
observamos fibras mais preservadas
24 Qualidade do produto final
Foram realizados testes fisicos
nas folhas formadas em laboratorio
e tambem em amostras de papel pro
duzidos durante 0 teste com polpa re
finada com os discos convencionais
e posteriormente com os discos em
teste Tabela 2
Para os discos Teste houve ganhoem bulk de 1 32 para 1 35 cm3 g na
folha de laboratorio algo nao repro
duzido totalmente na maquina de pa
pel possivelmente devido a a9ao me
canica sofrida pela fibra durante a
passagem pela prensa de nip esten
dido Houve ainda ganho significativo em resistencia ao rasgo em tor
no de 10 para papel cortado e que
da no alongamento 0 que favorece a
estabilidade dimensional e 0 desem
penho em maquina do produto Nao
houve altera9ao relevante em resis
tencia a passagem do ar resistencia
a tra9ao e rigidez
24 1 Ondulalao
Para monitoramento da estabilida
de dimensional do papel antes da im
pressao realizamos na fabrica 0 que
chamamos teste de ondula9ao tem
peratura de 240C e umidade de 65
nas resmas produzidas com polpa re
finada com os dois discos Sao exibi
das as fotos em 0 e 30 min assim
como 0 indice de ondula9ao calcula
do para cada condi9ao 0 indice de
ondula9ao vem comprovar quantitativamente que 0 novo disco produzurn papel mais estavel
A utiliza9ao de discos com maior
comprimento efetivo de corte permitiu descobrir novos parametros ope
racionais na opera9ao de refino de fi
bra curta de eucalipto 0 que se tra
duz em vantagens significativas para
o nossoprocesso de fabrica9ao depa
pel e 0 produto final
Com a redu9ao no consumo de
energia conseguimos reduzir 0 nume
ro de refinadores em opera9ao e tra
balhar com CEL de 0 41 Ws m 0 re
sultado foi uma polpa muito bem re
finada com maior resistencia ao ras
go e fibra mais preservada com con
sequencia positiva nos resultados de
bulk e ondula9ao
AFT Finebar Refiner Plates Abre
akthrough in refiner plate technology
DEMLER C L RATNIEKS E
Refining of eucalyptus paper for the
papermaker In PIRA CURRENT
ANDFUTURE TECHNOLOGIES OF
REFINING Birmingham 1991
RATNIEKS E Refina9ao da pas
ta celulosica In ABTCP RioceH S A
DEMUNER B RATNIEKS E
ROBINSON D Ultra low intensity
refining ofeucalyptus pulp In PIRA
INTERNATIONAL REFINING CON
FERENCE 8 Barcelona 2005
ill
I