PT787232E - Processo para a evaporacao final da lixivia negra - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "FROCESSO FARA A EVAFURAÇÃU FINAL DA LIXÍVIA NEGRA " A presente invenção refere-se a uma evaporação final aperfeiçoada da lixívia negra derivada da digestão da celulose em diversos aparelhos de evaporação, pelo menos dois, de um tipo que é em si conhecido. ESTADO DA TÉCNICA: A lixívia extinta, derivada da digestão da celulose, chamada lixívia negra, tem um conteúdo de substâncias secas de 14 - 17 %. Essas substâncias são os produtos químicos de digestão que devem ser recuperados e substâncias orgânicas, principalmente resíduos de lignina, que devem ser queimados. Em resultado desta baixa concentração de substâncias sólidas, a lixívia negra não pode ser queimada directamente e tem, por isso, de ser concentrada por meio da evaporação da água. Essa evaporação tem lugar em diferentes dispositivos e resulta numa lixívia negra concentrada, com uma concentração situada na região dos 80 %. Essa lixívia negra concentrada é então queimada numa caldeira de recuperação, enquanto se recuperam os agentes químicos e a energia calórica. A evaporação tem geralmente lugar numa série de aparelhos que, em princípio, são construídos como permutadores de calor. Consistem num recipiente cilíndrico com uma altura substancial, por exemplo 8-10 metros, e estão munidos intemamente de tubos de permutação de calor ou placas de permutação de calor. Numa forma de realização preferida, o permutador de calor é constituído por um conjunto de tubos, que se encontra colocado verticalmente entre duas placas de tubos, as quais são perfuradas directamente em frente das extremidades dos tubos, de modo que o líquido, lixívia negra, possa ser feito fluir verticalmente para baixo no interior dos tubos, enquanto vapor, que se destina a provocar a evaporação, é feito fluir e condensar-se no lado exterior dos tubos. As extremidades dos tubos estão unidas às placas de tubos, de modo que não há qualquer comunicação entre o interior e o exterior, respectivamente, dos tubos. Consequentemente, a lixívia negra forma uma película que cai no interior dos tubos e cede algum do seu conteúdo em água sob a forma de vapor, o qual é usado para a evaporação noutros aparelhos. Um aparelho desta natureza é denominado um evaporador de película descendente. Normalmente, são unidas em série diversas dessas unidades. Embora elas possam ser dispostas de modo que a lixívia flua em contracorrente com o vapor, são também conhecidos dispositivos em que são concorrentes. Nestes últimos dispositivos é usual ter os permutadores de càior localizados entre os aparelhos de evaporação, a fim de se aumentar a temperatura da lixívia. À pressão atmosférica, a lixívia fina com um conteúdo de substâncias secas de 14 - 17 % ferve ligeiramente acima do ponto de ebulição da água (100° C). No entanto, o ponto de ebulição da lixívia negra aumentará gradualmente à medida que a lixívia é concentrada, e a elevação do ponto de ebulição é, por exemplo, de aproximadamente 8° C para uma lixívia com um conteúdo de substâncias secas de aproximadamente 50 %, aproximadamente 12° C para uma lixívia com um conteúdo de substâncias secas de aproximadamente 60 % e aproximadamente 25° C para uma lixívia muito concentrada, com um conteúdo de substâncias secas de aproximadamente 80 %. Isto significa que o vapor, que é introduzido no exterior dos tubos e que serve para provocar a evaporação, deve ter um temperatura de condensação que exceda o ponto de ebulição da lixívia mais concentrada, isto é, quando a contrapressão do vapor evaporado, do lado da lixívia é de, por exemplo, 1 bar (pressão excedente), correspondendo a uma temperatura de condensação de 120° C, deve ser dada à película de lixívia uma temperatura situada na região dos 145° C. Nos aparelhos com uma concentração mais baixa de substância seca, por exemplo 70 % e 60 %, a película de lixívia ferve respectivamente a 136 e 132° C. É já conhecido o introduzir-se vapor, vapor primário, que se encontra à mesma pressão e temperatura, em todos os aparelhos envolvidos no efeito de evaporação final e juntar o vapor evaporado de todos os aparelhos do sistema, numa e mesma linha, sob a mesma pressão. Por isso, em tal caso, a diferença de temperatura entre o vapor primário e os pontos de ebulição nos diferentes aparelhos, será diferente. A fim de minimizar o calor de superfície e de tomar possível lavar o efeito de evaporação final, este último é frequentemente dividido por diversos aparelhos, com a lixívia extinta a ser conduzida em série através dos aparelhos. Uma vez que a mesma pressão de vapor faz parte de todos os aparelhos do efeito de evaporação final, tanto do lado do vapor primário como do secundário, o aparelho que contiver o teor de substância seca mais elevado, e por isso que apresentar o maior aumento no ponto de ebulição, determinará prioritariamente a menor diferença possível entre as temperaturas de saturação dos lados do vapor primário e secundário. Do ponto de vista da tecnologia do aquecimento, a diferença de temperatura, entre o vapor primário e a lixívia, será desnecessariamente grande nos aparelhos com menores concentrações.

Quando o conteúdo de substância seca é aumentado, a viscosidade também aumenta. Este aumento da viscosidade é especialmente pronunciado com conteúdos elevados de substância seca (> 50 %). Esta viscosidade aumentada impede a transferência de calor. Dado que um e o mesmo aparelho opera com um conteúdo de 3

substância seca que corresponde ao conteúdo de saída de substância seca, o conteúdonie saída da substância seca determinará a transferência de calor em todo esse aparelho. Dividindo o efeito de evaporação final por diversos aparelhos, com a lixívia negra a ser conduzida em série através dos aparelhos, toma-se possível que um ou mais aparelhos funcionem com lixívia negra que é de menor teor de substância seca do que o contido no aparelho que tem o conteúdo mais elevado. Isso facilitará então a transferência de calor. Existe por isso um grande número de fundamentos para se dividir o efeito de evaporação final por diversos aparelhos. A Descrição de Patente Europeia EP-A-365 060 descreve um processo, em que o vapor evaporado de um aparelho de evaporação é conduzido para a frente, para um segundo aparelho de evaporação com um conteúdo mais elevado de substância seca e em que o vapor evaporado flui para o interior no lado da lixívia, cisalhando a película que cai. Isto tem o efeito de melhorar a transferência de calor. Este processo é frequentemente denominado de recirculação do vapor. PROBLEMA TÉCNICO:

Embora a diferença de temperatura seja por isso pequena no(s) aparelho(s) em que a concentração de substância seca na lixívia seja maior, tomar-se-á sempre maior, à medida que as concentrações declinam na parte a montante do sistema. Isto não é satisfatório do ponto de vista da economia de calor e têm sido feitas diversas tentativas para melhorar a economia do processo de evaporação. SOLUÇÃO:

Para isso foi produzido, de acordo com a presente invenção, um processo para a evaporação final da lixívia negra, em pelo menos dois aparelhos de evaporação, que são de uma construção que é conhecida em si e que estão unidos em série no que se refere à lixívia negra, e em paralelo no que se refere ao vapor vivo (vapor primário) que acciona a evaporação, estando o vapor (vapor secundário), que é gerado pela evaporação, em comunicação aberta, em ambos ou todos os aparelhos, processo esse que é caracterizado por a pressão do vapor primário fornecida ao(s) aparelho(s) em que a lixívia se encontra na sua maior concentração, ser maior do que aquela a que o vapor primário é fornecido ao(s) outro(s) aparelho(s).

De acordo com a invenção, é vantajoso a evaporação ser efectuada em pelo menos dois, preferivelmente três ou quatro, aparelhos, dos quais o último, visto na direcção da deslocação da lixívia, é alimentado com vapor primário, que se encontra a uma pressão mais elevada do que a do vapor enviado para os restantes três. Se estiverem a ser usados três ou mais aparelhos, pode ser vantajoso aumentar também a pressão dq vapor no penúltimo aparelho, visto na direcção da deslocação da lixívia.

Numa fábrica de produção de polpa de celulose, existem redes de vapor que se encontram a diferentes níveis de pressão de vapor. O chamado nível de baixa pressão ( 3 - 4 bares) (pressão excedente) é normalmente usado para accionar a evaporação. Por exemplo, o vapor primário para o primeiro efeito pode estar a uma pressão de 3 bares (pressão excedente), correspondentes a uma temperatura de condensação de 143° C. O primeiro efeito constitui muitas vezes o efeito de evaporação final. De acordo com a invenção, um ou mais aparelhos são alimentados com vapor primário a uma pressão de, por exemplo, 3 bares (pressão excedente), enquanto que a pressão do vapor primário para os outros aparelhos, que são alimentados com vapor primário a uma pressão mais elevada, é de, por exemplo, 4,4 bares (pressão excedente) (uma temperatura de condensação de aproximadamente 155° C). Esta pressão de vapor é escolhida de modo que a diferença de temperatura resultante, entre o lado do vapor e o lado da lixívia, seja aproximadamente igual a, ou preferivelmente um pouco maior, do que aquela que compete aos aparelhos para os quais a pressão do vapor primário seja mais baixa.

De acordo com a invenção, a pressão do vapor secundário pode ser de 0,7 de bar (pressão excedente) e a sua temperatura de saturação pode ser superior a 115° C.

Em resultado do processo de acordo com a presente invenção, o teor de substância seca da lixívia excederá 70 % quando esta deixar o aparelho final, visto na direcção da deslocação da lixívia. O processo de acordo com a invenção compreende, preferivelmente um processo chamado de película descendente.

De acordo com a invenção, é adequado que o vapor evaporado dos aparelhos, no efeito de evaporação final, que contenha lixívia de menor concentração, seja fornecido aos aparelhos que contenham lixívia com mais elevada concentração, juntamente com a lixívia, para cisalhar a película descendente. Quer dizer, é aplicado o processo acima descrito, o chamado processo de recirculação do vapor. DESCRIÇÃO DAS FIGURAS: A invenção será descrita abaixo mais pormenorizadamente, com referência aos desenhos juntos, em que A Fig. 1 é uma representação, em corte parcial, de um aparelho de evaporação, que é usado de acordo com a presente invenção, A Fig. 2 é uma representação mais diagramática de uma instalação de evaporação de acordo com a presente invenção, e 5

A Fig. 3 é uma representação diagramática do processo de acordo com a inverrção. DESCRIÇÃO PORMENORIZADA: A Figura 1 mostra um aparelho de evaporação, que é utilizado no processo de acordo com presente a invenção. Este aparelho consiste num invólucro exterior virtualmente cilíndrico, verticalmente alongado 1 cuja parte inferior é um tanto alargada. No interior do invólucro cilíndrico 1 existe um permutador de calor 2, o qual consiste, preferivelmente, em tubos, através dos quais se pretende que a lixívia corra de cima para baixo e à volta dos quais se pretende que o vapor primário se condense, a fim de aquecer os tubos e evaporar a lixívia. O conjunto de tubos 2 está unido pelas extremidades dos tubos a uma placa de tubos-3 na sua parte superior e a uma placa de tubos 3 na sua parte inferior. As placas de tubos 3 são perfuradas, de maneira que as extremidades dos tubos coincidam com esses furos perfurados. Um dispositivo , por exemplo de aspersão 4 para fornecer a lixívia encontra-se presente na parte superior, dispositivo de aspersão 4 esse que distribui a lixívia uniformemente pela placa de tubos 3 e para baixo através dos tubos. O vapor primário, que se pretende que flua em volta dos tubos 2, é introduzido através de uma abertura 5. O vapor condensado é removido na abertura 6, e a lixívia concentrada é removida na abertura 7 do fundo do aparelho. São tomadas medidas para devolver uma parte da lixívia concentrada da abertura 7 para o bico de aspersão 4 situado na parte superior. A lixívia que deve ser concentrada é normalmente fornecida nesse sistema de retomo, isto é, através de uma das aberturas dos tubos existente na parte inferior do aparelho. O aparelho mostrado na Fig. 1 é preferido para o processo de acordo com a invenção. E construído de acordo com o princípio da película descendente e é altamente eficaz. Superfícies transferidoras de calor podem ser usadas em vez dos tubos e, de acordo com a invenção, é também possível conceber um processo em que a lixívia suba, uma técnica chamada de película ascendente. A Figura 2 mostra cinco dos chamados efeitos para evaporação, com o efeito 1 a ser constituído, no desenho, por quatro unidades de acordo com a Fig. 1, e os efeitos II, III, IV e V a serem constituídos por unidades individuais de acordo com a Fig. 1. Permutadores de calor 8 de um tipo adequado, estão dispostos entre esses efeitos, com a finalidade de elevar a temperatura da lixívia. O efeito de evaporação final, nomeadamente o efeito I, é alimentado com vapor vivo 9, com as quatro unidades a serem alimentadas em paralelo. Em resultado disso é fácil fechar qualquer uma delas para limpar. A lixívia, que foi anteriormente concentrada nos efeitos II, III, IV e V é introduzida no efeito I em 10 e concentrada, e a lixívia fmalmente evaporada, é removida em 11. Uma parte do vapor vivo 9 é conduzida 6

para o permutador de calor 8, com a finalidade de se aquecer a lixívia 10, que deve introduzida no efeito I. O condensado deste permutador de calor 8 e o condensado do efeito I, são conduzidos para fora em 12. A lixívia negra que deve ser evaporada, é conduzida para o interior do efeito III. A lixívia fina do efeito III é enviada para o efeito IV através da linha 14, e do IV para ο V através da linha 15. O vapor para evaporar a lixívia nos diferentes efeitos é obtido do efeito precedente através das linhas 16, e o vapor de aquecimento para os permutadores de calor 8 é obtido do efeito precedente através das linhas 17. O condensado das diferentes unidades é removido através dos tubos 18. Um permutador de calor 19 está disposto para a condensação final do vapor evaporado do último efeito V. O dispositivo mostrado na Fig. 2 é apenas um exemplo de

dispositivos que podem ser usados para o processo de acordo com a presente invenção. Assim, é simultaneamente possível e normal, por exemplo, disporem-se os efeitos de evaporação II, III, IV e V de acordo com o princípio da contracorrente. Nesse caso não há qualquer necessidade de permutadores de calor entre os efeitos.

A Figura 3 é uma representação diagramática do processo de acordo com a invenção. As unidades IA, IB e IC são unidades presentes no efeito de evaporação final, isto é, três unidades no efeito I, conforme representado na Fig. 2, sendo cada uma das unidades conforme se mostra na Fig. 1. De acordo com os princípios anteriores, o vapor vivo, que estava à mesma pressão e temperatura, foi introduzido em todas as três unidades IA, IB e IC. A Fig. 2, por exemplo, representa o vapor vivo a ser fornecido dessa forma. No entanto, de acordo com a presente invenção, o vapor vivo é fornecido à unidade IA com uma pressão mais elevada do que às unidades IB e IC, nomeadamente, por exemplo, 4,4 bares (pressão excedente), e a uma temperatura de 155° C, em comparação com 3,0 bares (temperatura excedente) e uma temperatura de 143° C. Por exemplo, a lixívia que é introduzida na unidade IC tem um teor de substância seca de 51 %, com o teor de matéria seca de saída a ser de 63 % e a elevação do ponto de ebulição em IC a ser, portanto, de aproximadamente 12, 4 0 C; a concentração da matéria seca da lixívia na IB é de 71 %, e a elevação do ponto de ebulição em IB é de 16,1 0 C; em contraste, a concentração de matéria seca na lixívia que entra na IA é de 80 %, o que corresponde a uma elevação do ponto de ebulição de 24° C. A lixívia que é removida da IA é uma lixívia altamente concentrada, isto é, lixívia que possui um conteúdo de substância seca de 80 %.

As unidades IA, - IB e IC encontram-se em comunicação aberta umas com as outras no que se refere à sua produção de vapor secundário 20, a qual é ajustada para uma contrapressão de aproximadamente 1,0 bar (pressão excedente), a qual indica uma temperatura de condensação de 120° C. Este vapor é feito passar, avançando para o efeito II. 7 7

De acordo com a invenção, a diferença de temperatura entre o exterior e o interior dos tubos, na unidade IA, é de aproximadamente 110 C, nomeadamente 155° C no exterior e 144° C no interior (120° C (a uma pressão de vapor de 1,0 bar (temperatura excedente)) mais a elevação do ponto de ebulição de 23,9° C). Isto resulta numa evaporação eficaz, a qual excede de longe aquela que seria possível conseguir-se utilizando o processo de acordo com a técnica anteriormente conhecida, em que vapor a aproximadamente 3 bares (pressão excedente) era fornecido a todas as unidades IA, IB e IC. Quando, em vez de se passar vapor a diferentes pressões para dentro dessas unidades, a pressão era aumentada e o vapor, que estava à mesma pressão, era passado para dentro de todas as três unidades, isso dava origem a uma diferença de temperatura desnecessariamente grande na unidade IB e, em particular, na IC.

Em resultado do processo de acordo com a invenção, o qual resulta no facto de a unidade IA ser muito mais eficiente, esta última unidade pode ser construída de menores dimensões, por consequência com menores custos de investimento, e a pressão mais elevada do vapor secundário que é possível produzir pode também ser explorada para, quando seja adequado, introduzir um efeito adicional ou para diminuir o calor de superfície nos restantes efeitos, uma vez que fica disponível uma maior diferença de temperaturas.

Quando o exemplo acima é implementado, o calor de superfície, que é necessário no efeito I, o qual compreende as unidades IA, IB e IC, toma-se 15 % menor. A pressão mais elevada do vapor secundário pode, por seu lado, ser explorada para se diminuir o calor de superfície nos restantes efeitos em 15 %. Desta maneira, o calor de superfície total na instalação toma-se 15 % menor. A quantidade de vapor vivo a pressão mais elevada, que tem de ser fornecido à unidade IA, é apenas 25 % da quantidade total do vapor vivo.

Conforme foi referido acima, vapor a baixa pressão (3-4 bares (pressão excedente)), é normalmente usado para accionar a evaporação. Isso obriga-nos a utilizar vapor a uma pressão mais elevada. Normalmente, vapor a pressão média encontra-se também disponível numa fábrica de pasta de papel, vapor esse que está geralmente a uma pressão que é mais elevada do que 10 bares (pressão excedente). No presente contexto esta pressão é desnecessariamente elevada e pode ser preciso, por isso, reduzir a pressão desse vapor. O uso crescente de vapor a uma pressão média conduzirá a menos vapor a passar através da turbina e, em consequência disso, a ser gerada menos electricidade. Em vez de reduzir a pressão do vapor de pressão média por meio de uma válvula redutora, o vapor a média pressão pode ser usado para accionar um ejector a vapor, o qual aspira vapor a baixa pressão e eleva a pressão desse vapor. Um processo 8 desta natureza deveria portanto ser capaz de diminuir as necessidades de vapor a média pressão e representaria um método de compressão do vapor de baixa pressão por meios mecânicos. A invenção não está limitada ao exemplo descrito acima e, em vez disso, pode ser variada de diferentes maneiras, dentro do âmbito das reivindicações da patente.

Lisboa, - 5 JUN. 2001

Dra. Mam Filvlna Ferreira

Aoeníe Cf R. Coíú.-í -

Telefs.213 851359 - 2138150 50

Claims (1)

1. REIVINDICAÇÕES Processo para a evaporação final de lixívia negra em pelo menos dois aparelhos de evaporação, os quais são de construção conhecida e que estão unidos em série relativamente à lixívia negra e em paralelo relativamente ao vapor vivo (vapor primário), o qual acciona a evaporação, com o vapor que foi gerado pela evaporação (vapor secundário) a estar em comunicação aberta com ambos ou todos os aparelhos, caracterizado por a pressão do vapor primário que é fornecido ao(s) aparelho(s), em que a lixívia se encontra na sua mais elevada concentração, ser maior do que aquela a que o vapor primário é fornecido ao(s) outro(s) aparelho(s). Processo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por a evaporação ser levada a efeito em pelo menos dois, preferivelmente três ou quatro aparelhos, dos quais o último, visto no sentido da deslocação da lixívia, é alimentado com vapor primário, que se encontra a uma pressão mais elevada do que a do vapor primário introduzido nos outros aparelhos. Processo de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1-2, caracterizado por a temperatura mais elevada do vapor primário exceder a pressão (4 bares (pressão excedente) ) do vapor de baixa pressão da fábrica de pasta de papel e por a pressão do vapor primário para os restantes aparelhos ser, no seu valor mais elevado, equivalente ao nível da baixa pressão. Processo de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1—3, caracterizado por a pressão do vapor secundário ser maior do que 0,7 de bar (pressão excedente), correspondente a uma temperatura de condensação superior a 115° C. Processo de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1-4, caracterizado por a concentração de substância seca na lixívia negra exceder um teor de 70 % quando a lixívia negra deixa o último aparelho, visto na direcção da deslocação da lixívia. Processo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por a evaporação ter lugar de acordo com a técnica da película descendente. 7.

   Processo de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1 - 6, caracterizado por o vapor evaporado dos aparelhos que contêm lixívia de menor concentração, ser fornecido aos aparelhos que contêm lixívia com concentração mais elevada, juntamente com o fornecimento de lixívia para cisalhar a película descendente do lado da lixívia, o qual é, preferivelmente, o lado interno dos tubos do permutador de calor. 8. Processo de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1-7, caracterizado por a pressão de vapor mais elevada ser aumentada por meio de um ejector de vapor, o qual é alimentado com vapor de accionamento que se encontra a uma pressão ainda mais elevada. Processo de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1-7, caracterizado por a pressão de vapor mais elevada ser aumentada por meio de um compressor mecânico. Lisboa, 5 jUN. 2001

   Dra. Maria Rlvina Fcrreira • rvletrial '.65 LòBQA Agente Cf R. Coiti'.':.·; Teleís.213851339 - 2138150 50