Em toda indústria de processos, os desafios costumam ser sempre os mesmos: de que forma é possível reduzir custos, mantendo a qualidade do produto? Como aumentar a eficiência energética da planta industrial? Como reduzir as emissões para melhor adequação às novas políticas ESG? A resposta está na simulação CFD.
A simulação fluidodinâmica permite elevar a eficiência de processos dos principais equipamentos na indústria de papel e celulose, como digestores, fornos de cal e caldeira de recuperação.
Veja como neste post!
A Simulação CFD como ferramenta de Otimização na Indústria de Papel e Celulose
Uma unidade industrial para fabricação de papel e celulose compreende os mais diversos processos físico-químicos: fornos, caldeiras, separadores, misturadores, trocadores de calor, entre outros.
São muitas as operações unitárias de engenharia presentes ao longo da cadeia produtiva. No Brasil, as principais unidades de fabricação de papel e celulose são através do processo kraft.
Cada um desses equipamentos e processos podem ser simulados através de simulação em CFD.
Através do software STAR-CCM+, é possível fazer os diagnósticos de cada equipamento, identificando suas vulnerabilidades e propondo virtualmente as soluções. Isso aumenta de forma significativa a assertividade da alteração de projeto para maior eficiência de processo.
Fornos de Cal, Caldeira de Recuperação e Digestores
No ciclo de processos de fabricação de papel e celulose, três equipamentos se destacam devido suas características térmicas:
- Fornos de Cal
- Caldeira de Recuperação
- Digestor
Saiba mais sobre cada um deles.
Fornos de Cal
Os fornos de cal promovem a recuperação do óxido de cálcio utilizado na transformação do licor verde em licor branco. A reação de calcinação exige grande quantidade de energia. Os combustíveis alimentados no forno são metanol e gás natural.
Como o metanol é subproduto do processo de tratamento de químicos, sua utilização deve ser aproveitada ao máximo, reduzindo assim o consumo de gás natural. Logo, é fundamental ter uma combustão adequada dentro do forno de forma a garantir a troca térmica necessária para a reação de calcinação.
Parâmetros como excesso de ar, vazão de ar primário/secundário, rotação do forno, entre outros parâmetros podem ser simulados, visando a maior eficiência energética e menor emissão de poluentes, como CO e NOx.
Formação de anéis na superfície do forno são também previstas e evitadas através do uso de simulação em CFD.
Caldeira de Recuperação
Responsável por fazer a conversão do licor negro em licor verde, a caldeira de recuperação possui papel central na viabilidade econômica na planta de papel e celulose. Isto porque grande parte da energia consumida na planta vem desta caldeira.
Neste sentido, avaliar a pulverização de licor e metanol, a estequiometria da mistura, a melhor distribuição de ar primário e secundário são fundamentais para a eficiência térmica da caldeira.
Este melhor ajuste da combustão permite também controlar as emissões, garantindo que estejam dentro dos parâmetros ESG adequados.
Adicionalmente, a formação e troca térmica no Smelt podem ser também avaliados, garantindo maior qualidade e homogeneidade deste produto.
Digestores
O digestor é o coração da indústria de papel e celulose. É neste equipamento que ocorre a deslignificação do cavaco. Altas temperaturas e elevadas pressões são necessárias para a reação de cozimento do cavaco. Ou seja, este equipamento requer grande quantidade de energia.
Adicionalmente, grande quantidade de químicos são necessários para a eficiência do processo, desde a fase de impregnação até a reação do álcali efetivo com o cavaco de madeira.
Entender em detalhes os processos de circulação de licor branco no digestor e a dinâmica de consumo de álcali efetivo são fundamentais para atingir o número kappa desejado para o processo.
A simulação permite avaliar em detalhes o comportamento do digestor, possibilitando responder perguntas visando melhorias do processo de cozimento: quanto de álcali é necessário para alimentar no digestor? Qual a temperatura e tempo ideais para a impregnação e cozimento? Se alterada a receita de cozimento, qual será o número kappa do processo?
A simulação em CFD com o STAR-CCM+ fornece as respostas!
Conclusão
A simulação em CFD é uma ferramenta poderosa para garantir a eficiência energética dos processos inerentes à indústria de papel e celulose.
Através dessa abordagem, é possível obter uma visão detalhada do comportamento dos fluidos e das reações químicas, incluindo combustão, identificando pontos de melhoria e otimizando os processos e equipamentos.
Com isso, é possível reduzir custos, aumentar a segurança e contribuir para um futuro mais sustentável. Portanto, investir em simulação de CFD é uma estratégia inteligente para as indústrias que desejam se manter competitivas e responsáveis.
Quer aplicar a simulação em CFD para processos da indústria de papel e celulose? Fale com a JL Engenharia e Software.
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