Processamento do Licor Verde

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Processamento do Licor Verde
Prof. : Daniel Saturnino
Introdução
Esta parte do curso é focada:
 Tanque de Dissolução
 Composição do licor verde
 Explosões fundido(“smelt”)-água
 Limpeza do licor verde
 Clarificação
 Filtragem
 Filtração e lavagem de “dregs”
Tanque de Dissolução
 Licor verde é formado quando o fundido 
da caldeira de recuperação é misturado 
com licor branco fraco (weak wash) e 
água no tanque de dissolução
 O fundido escoa do fundo da caldeira 
de recuperação e é atomizado por jatos 
de vapor antes de ser dissolvido no 
interior do tanque de dissolução
Tanque de Dissolução
Tanque de Dissolução
 O licor verde é agitado vigorosamente por 
dois agitadores (verticais ou horizontais)
 A densidade do licor verde é o parâmetro 
de controle adotado na admissão de licor 
branco fraco no tanque de dissolução
 Os gases gerados no processo de 
dissolução são enviados a um lavador de 
gases e então liberados na atmosfera ou 
queimados na caldeira de recuperação
Diagrama do Tanque de 
Dissolução
Composição do Licor 
Verde
 O licor verde é uma solução 
contendo diversos sais com 
uma pequena fração de 
material insolúvel
 Os sais normalmente são 
carbonatos, sulfatos, 
sulfetos, sulfitos, tiossulfatos, 
cloretos e hidróxidos
 Além destes, os metais mais 
comuns são sódio, potássio 
e silício, com traços de ferro 
e manganês
Composição do Licor 
Verde (wt%)
Componente A B C Média Desvio
Carbonato 39,0 44,6 44,7 42,8 3,3
Sulfato 0,7 0,7 0,4 0,6 0,2
Sulfeto 5,6 5,8 6,2 5,9 0,3
Sulfito 0,4 0,2 0,3 0,3 0,1
Tiossulfato 3,3 2,1 1,7 2,4 0,8
Cloreto 2,3 2,0 1,6 2,0 0,4
Hidróxido 2,8 2,0 2,4 2,4 0,4
Soma 54,1 57,4 57,3 56,3 1,9
Composição do Licor 
Verde (wt%)
Componente A B C Média Desvio
Potássio 11,9 2,4 2,1 5,4 4,6
Sódio 34,0 40,1 40,6 38,2 3,0
Silício 0,1 0,1 0,1 0,1 0,0
Soma 46,0 42,6 42,8 43,8 1,6
% Sólidos 19,1 18,1 16,8 18,0 0,9
Composição do Licor 
Verde
 A densidade e viscosidade do licor estão, 
em média ao redor de 1,2 kg/l e 0,05 g/cm*s 
típica de uma mistura destes sais
 O material sólido é composto de carbono, 
CaCO3, CaO e CaCO3*Na2CO3 (pirsonita)
 A solubilidade destes sais é muito baixa 
propiciando a adesão às paredes do 
tanque e entupimento de tubulações
Composição do Licor 
Verde
 Solubilidade da Pirsonita
em função do teor de 
Na2CO3 e Na total a 
diversas temperaturas
 Linha AB representa a 
razão Na2CO3 / Na total 
como constante
 Linha BC representa a 
concentração máxima de 
Na total = 143gNa2O/l a 
95°C para evitar a 
precipitação de pirsonita
Depósito de Pirsonita
Explosões fundido-água
 Perturbações no sistema de dissolução 
do fundido pode levar à sérias explosões 
 Na maioria dos casos são resultantes de 
um aumento repentino na vazão devido 
ao entupimento de alguma bica da 
caldeira
 Contudo outras causas como jatos de 
vapor mal direcionados e excessiva 
concentração de carbonato de sódio já 
causaram acidentes
Explosões fundido-água
 Para evitar tais problemas o Comitê de 
Aconselhamento para Caldeiras de 
Recuperação de Licor Preto (BLRBAC) 
recomenda algumas medidas
 Verificação do sistema de jatos de vapor;
 Adequada agitação no tanque;
 Linha de sucção de licor mais alta no tanque;
 Controle de densidade no tanque.
Fundido e jato de vapor
Limpeza do Licor Verde
 O licor verde sem tratamento contém entre 
800 e 1200 ppm de material particulado 
suspenso chamado de “dregs”
 Alto teor de dregs no licor enviado ao setor 
de caustificação pode levar a formação de 
partículas de cal menores e mais leves
 A limpeza do licor verde é o processo de 
remoção dos “dregs”
Limpeza do Licor Verde
Limpeza do Licor Verde
 “Dregs” normalmente são formados por:
 Carbono não queimado na caldeira;
 Sais insolúveis provenientes de sulfetos e 
carbonatos de NPEs (non-process elements);
 Lama de cal trazida com o licor branco 
fraco da lavagem da cal
 Um processo de tratamento do licor verde 
tem como objetivo reduzir a concentração 
de “dregs” para < 100 ppm
“Dregs” do Licor Verde
Limpeza do Licor Verde
 As partículas de “dregs” estão na faixa de 
500 μm a < 1 μm
 Dois tipos de processos são utilizados para a 
remoção dos “dregs”
 Clarificação ou sedimentação por gravidade
 Filtração
 Crossflow
 Cassete
Limpeza do Licor Verde
 Propriedades do licor verde que afetam 
o processo de remoção de “dregs”
 Álcali total titulável (TTA)
 Temperatura do licor
 Densidade do licor
 Conteúdo de sólidos suspensos
 Diâmetro das partículas de “dregs”
 Densidade das partículas de “dregs”
Clarificação do Licor 
Verde
 O processo de clarificação do licor verde é 
governado pela lei de Stokes e aplica-se à 
decantação de partículas à baixa 
velocidade por ação da gravidade
 A decantação das partículas é realizada 
em um clarificador que basicamente 
acumula as funções de separador de 
“dregs” e armazenador de licor verde
Lei de Stokes
𝑉𝑡 =
𝐷𝑝
2 𝜌𝑠 − 𝜌𝐿 𝑔
18𝜇𝐿
Vt = velocidade terminal da partícula
Dp = diâmetro da partícula
ρs = densidade da partícula suspensa
ρL = densidade do licor
g = aceleração da gravidade
μL = viscosidade do licor
Clarificador de Licor 
Verde
 Um típico clarificador de licor verde tem 
formato cilíndrico com um diâmetro que 
varia de 25 a 30 metros e uma altura de 12 
a 15 metros
 Possui isolamento para evitar o surgimento 
de correntes de convecção devido à 
gradientes térmicos
 A alimentação é feita através de um tubo 
que descarrega o licor em uma câmara 
central para minimizar o efeito de agitação 
dentro do clarificador
Clarificador de Licor 
Verde
Clarificador de Licor 
Verde
 O fundo do clarificador é de formato 
cônico para coletar os “dregs” em uma 
concentração de 5 a 10% no produto 
deixando o fundo do clarificador
 Além disso um sistema de raspagem no 
fundo do clarificador, girando entre 0,5 e 1 
rpm, é utilizado para evitar formação de 
depósitos e entupimento
 Geralmente o produto de fundo tem sua 
vazão ajustada para cerca de 2% da vazão 
do produto de topo (clarificado) 
Clarificação do Licor 
Verde
 Problemas no processo de clarificação 
normalmente envolvem algum distúrbio no 
processo de decantação causados por
 Flutuações na vazão de licor
 Flutuações de densidade ou temperatura
 Em muitos casos o uso de floculantes no 
clarificador ajudam no processo de 
aglomeração das partículas ajudando no 
controle do teor de “dregs” 
Filtração do Licor 
Verde
 Dois tipos principais de filtros são encontrados 
no mercado: filtro de escoamento cruzado e 
filtros cassete
 Os filtros cassete são condicionados dentro de 
um tanque que é preenchido com licor verde
 A diferença de pressão faz com que o licor 
atravesse o meio filtrante
 A torta do filtro possui cerca de 80 a 85% sólidos 
e o licor contém um teor de 10 a 15 ppm de 
“dregs”
Filtração do Licor 
Verde
Filtração do Licor 
Verde
 O fluxo de filtrado pode ser estimado pela 
equação:
𝑑𝑉
𝑑𝑡
=
𝐴2𝑑𝑃
𝜇(𝛼′𝑐𝑉 + 𝑅𝑚𝐴)
A = área do filtro
dP = diferença de pressão
μ = viscosidade do licor
α = resistência à filtração (tamanho de partícula, etc.)
c = massa no filtro
V = volume da torta
Rm = resistência do meio filtrante (tecido do filtro, etc.)
Filtração do Licor 
Verde
 Os filtros cassetes têm a desvantagem de 
serem sensíveis às características dos 
“dregs” quanto ao processo de filtragem
 Lavagem com água quente em fluxo 
contrário precisa ser feita com frequência 
para evitar entupimento do filtro
 Necessidade de aumento de pressão no 
filtro à medida que a torta no filtro tem 
sua espessura aumentada
Filtração do Licor 
Verde
 A filtração por escoamento cruzado é 
realizada por uma série de elementos 
filtrantes posicionados verticalmente 
dentro de um tanque
 Licor verde entra pelo topo e escoa para 
baixo ao longo dos filtros
 Ar pressurizadoforça o licor verde através 
dos elementos filtrantes, enquanto o 
material retido flui para o fundo do 
tanque onde é coletado e recirculado
Filtração do Licor 
Verde
Filtração do Licor 
Verde
 O ponto chave neste processo pode ser 
compreendido fazendo um balanço de 
forças ao redor dos elementos filtrantes
 As forças atuando sobre os “dregs” na 
superfície do filtro são
 a força lateral através do filtro gerado 
pelo gradiente de pressão
 a força gerada pelo deslocamento de licor 
em direção ao fundo do tanque
Filtração do Licor 
Verde
 Assim as equações descrevendo esse 
processo seriam:
𝐹𝑓 = 𝐴𝑝∆𝑃𝑓 e 𝐹𝑑 = 𝐴𝑓𝑣
2𝐾
f = fator de fricção
ΔP = queda de pressão através do meio filtrante
Ap = área do poro do filtro
v = velocidade
Af = área livre para escoamento
K = constante empírica (função da densidade do licor)
Filtração do Licor 
Verde
 O processo ocorre sem formação de uma 
torta de espessura apreciável no filtro 
 Há apenas um filme fino que escoa em 
alta vazão, levando a uma alta taxa de 
recirculação
 A corrente com “dregs” deixam o filtro 
com teor de 2 a 4% de sólidos
 Lavagem com água quente é feita em 
períodos regulares 
Lavagem e Filtragem de 
“Dregs”
 A corrente deixando os clarificadores e filtros 
de licor verde contém entre 90 e 98% de 
licor verde
 Isto representa entre 8 a 10 kg de químicos 
por tonelada de polpa
 Assim é necessário remover o licor verde 
desta corrente e concentrar os “dregs” 
antes de descartá-los do processo
 Atualmente isto é feito com um filtro tambor 
a vácuo com uma camada de lama de cal
Lavagem e Filtragem de 
“Dregs”
 A composição química dos “dregs” varia 
dependendo de quão fechado é o ciclo 
de recuperação e a matéria prima do 
processo Kraft
Componente A (wt%) B (wt%) C (wt%) Média Desvio
Enxofre 1,4 3,3 2,5 2,4 7,0
Carbono Org. 2,0 31,9 33,2 22,4 7,1
Carbono Inor. 9,4 4,7 6,0 6,7 7,2
Carbonato 47,0 23,5 30,0 33,5 35,9
Metais 40,2 36,6 28,3 35,0 13,5
Lavagem e Filtragem de 
“Dregs”
 “Dregs” são removidos 
na torta do filtro com 
um teor de 30 a 50% de 
sólidos
 Perda de álcalis está 
entre 4 e 5% (g/l Na2O)
 O quantidade de lama 
de cal na pré-camada 
é cerca de 1,2 vezes a 
massa de “dregs” 
 O filtro tambor à vácuo segue a equação 
de Kozeny-Carman para determinação 
da resistência da torta à filtração:
𝑑𝑃
𝑑𝑙
=
𝐾𝑟𝑢𝜇𝑓(1 − 𝜀)
2
𝑑𝑝
2𝜀3
 A velocidade linear “u” é a vazão
volumétrica (dV/dt) dividida pela área
do filtro (A), assim a taxa de filtração
pode ser explicitada
Lavagem e Filtragem de 
“Dregs”
𝑑𝑉
𝑑𝑡
=
𝑑𝑃
𝑑𝑙
𝐴(𝑑𝑝
2𝜀3)
𝐾𝑟𝜇𝑓 1 − 𝜀
2
dV/dt = vazão volumétrica de filtrado
dP/dl = queda de pressão ao longo da torta
ε = porosidade da torta
dp = diâmetro da partícula
μf = viscosidade do licor
Kr = constante empírica
Lavagem e Filtragem de 
“Dregs”
Lavagem e Filtragem de 
“Dregs”
 O filtro tambor inicia o processo com uma 
pré-camada de lama de cal com cerca 
de 7,5 a 10 cm de espessura na superfície 
do filtro em rotação
 Esta pré-camada contém cerca de 40% 
de sólidos, que é reduzida para 20-25% 
durante a filtragem da solução de licor 
verde rica em “dregs”
 Vácuo é aplicado no interior dos filtros que 
giram de 0,5 a 1 rpm
 Uma lâmina remove a torta de “dregs”
Lavagem e Filtragem de 
“Dregs”
 Valores médios para o desempenho do 
filtro de “dregs”
 98-99% eficiência de remoção de soda
 Torta com 50% de sólidos
 Consumo de lama de cal de 0,5 -1,3 kg/kg 
dregs
 Uso de água de lavagem de 2 - 2,5 vezes o 
volume da torta no filtro
Lavagem e Filtragem de 
“Dregs”
Processamento do Licor 
Verde
 Fatores a considerar na seleção de 
equipamentos
 Propriedades do licor e teor de “dregs”
 Espaço físico disponível
 Necessidades de equipamentos auxiliares
 Custos
 Investimento
 Operação 
 Manutenção
 Desempenho esperado para cada tipo de 
equipamento
Processamento do Licor 
Verde
Equipamento Sólidos no 
Licor mg/l
Sólidos nos 
dregs (%)
Teor de álcali 
nos dregs (%)
Clarificador 50-100 5-7 20-25
Clarificador Compacto 30-50 3-5 20-25
Filtro Cassete Max 20 1-2 ≈4
Filtro Crossflow Max 20 2-4 5-6
 Equipamentos auxiliares
 Tanque de equalização de licor verde cru
 Cerca de 2,5 horas de retenção com clarificador
 Cerca de 6 horas de retenção com filtros
 Equipamento para os “dregs”
 Necessidade de lavagem e remoção de água 
varia dependendo do processo
 Tanque de licor processado
Processamento do Licor 
Verde
 Outros requerimentos operacionais:
Processamento do Licor 
Verde
Utilidades Clarificador Clarificador 
Compacto
Filtro 
Cassete
Filtro 
Crossflow
Floculante Não Sim Não Não
Pré-camada de cal Não Não Não Não
Energia Baixo Baixo Alto Alto
Lavagem ácida Não Não Sim Sim
Ar comprimido Baixo Baixo Alto Alto
 Os custos relativos comparados indicam:
 Clarificadores requerem menos rotinas de 
manutenção e menos equipamentos de 
auxílio comparado aos filtros
 Problemas em clarificadores têm tempo de 
reparo maior e mais caros
 Filtros precisam de troca de meio filtrante e 
lavagem em maior frequência
Processamento do Licor 
Verde
 Outros fatores a considerar
 Robustez e confiabilidade do equipamento
 Facilidade operacional
 Sistemas de controle
 Complexidade do equipamento
Processamento do Licor 
Verde