Recuperação Química Kraft

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Panorama do Processo 
Recuperação Química 
Kraft
Prof. Daniel Saturnino
É o mais importante processo de polpação química
A produção global de polpa Kraft é 130 milhões 
de toneladas (67% total e 90% polpa química)
Usa-se NaOH e Na2S como reagentes químicos
Vantagens
◼Polpa com grande força
◼Versatilidade - capaz de processar vários tipos de madeira
◼Aspectos econômicos favoráveis – alta eficiência de 
recuperação dos reagentes químicos (96 - 98%)
Panorama da Recuperação 
Química
Polpeamento Kraft
+
Licor Preto
Madeira
Lignina
Fibra
Licor
Branco
(NaOH + Na2S)
Fibra
155oC
900 kPa
Reeve, D.W., The Kraft Recovery Cycle in “Kraft Recovery Short Course”, TAPPI Press, Orlando FL, 2004.
Água 30 %
BLS 70 %
Orgânicos 60 %
Inorg. 40 %
Material Volátil
80 %
C Fixo - 20 %
Composição Aproximada 
do Licor Preto Concentrado
0
5000
4000
3000
2000
1000
Carvão Óleo
Combustível
Gás Gasolina Licor Madeira
Preto
Principais Combustíveis 
Utilizados no Mundo
 Como um componente principal do processo Kraft, 
a recuperação química tem três objetivos:
▪ Recuperar os químicos usados no cozimento
▪ Processar os subprodutos gerados em outros 
setores da fábrica
▪ Produzir vapor para os turbo-geradores e para o
processo de fabricação da polpa de celulose
Objetivos do Processo de 
Recuperação Kraft
Processo de Recuperação Kraft
Reeve, D.W., The Kraft Recovery Cycle in “Kraft Recovery Short Course”, TAPPI Press, Orlando FL, 2004.
Evaporação do Licor Preto
 Destinada a aumentar o teor de sólidos do licor preto 
de 12-18% até 65-80%
 Envolve a maioria dos princípios de 
transferência de calor e massa, além de operações 
unitárias
▪ Evaporação, condensação, circulação natural, 
circulação forçada, elevação do ponto de ebulição, 
escoamento viscoso
▪ Precipitação, cristalização, deposição
Função dos Evaporadores
 Remover água do licor preto fraco
 Evaporadores em múltiplo efeito podem 
concentrar até aproximadamente 50% de 
sólidos
 A partir deste ponto super concentradores 
elevam a concentração do licor para 
valores entre 70 e 80%
 A operação apropriada dos evaporadores 
afeta a eficiência e segurança das caldeiras 
de recuperação
Princípio da Evaporação
Vapor vivo
Evaporado
Licor Concentrado
Condensado
Licor Fraco
Sistema de Múltiplo Efeito
Elevação do Ponto de Ebulição
Relação do EPE x Concentração
Economia de Vapor
 Se o calor do vapor vivo fosse usado somente uma 
vez então 1 tonelada de vapor iria evaporar 1 
tonelada de água
 Com uma planta de 6 efeitos e o reuso do vapor 6
vezes pode-se teoricamente evaporar 6 toneladas
de água com 1 tonelada de vapor
 Na verdade porém isto não é possível devido ao 
aumento do ponto de ebulição, EPE, e às perdas 
por radiação
 Economia de vapor = kg of água evaporada por kg 
de vapor utilizado = tipicamente cerca de 4
Tipos de Evaporadores
 Evaporadores de Múltiplo Efeito
▪ Longo Tubo Vertical de Filme Ascendente
▪ Filme Descendente - tanto tubo ou prato
 Concentradores
▪ Circulação Forçada
▪ Tubos com Filme Descendente
▪ Prato com Filme Descendente
▪ Super Concentradores
Longo Tubo Vertical de 
Filme Ascendente
Evaporador de Tubos com 
Filme Descendente
Evaporador de Placas
Planta de Evaporação de 
Múltiplo Efeito
Capacidade Evaporativa
 q = U A ΔT
 q = taxa de transferência de calor
 U = coeficiente global de transferência de calor 
 A = área de troca térmica
 ΔT = força motriz térmica
Problemas Operacionais nas 
Plantas de Evaporação
 Formação de depósitos nas superfícies
Si, Al, Ca, Burquita
 Lavagens frequentes
 Alta viscosidade do licor
 Baixo teor de sólidos do concentrado
Licor Preto Concentrado
 Contém cerca de 30% água, 40% de matéria 
orgânica, 30% de inorgânicas
▪ 1.5 ~ 1.8 toneladas de sólidos secos / tonelada polpa
▪ Altamente poluente se descartado
 Baixo poder calorífico: 13 a 15 MJ/kg s.s.
▪ Orgânicos Gerar vapor e energia
▪ Inorgânicos Recuperar os químicos de polpeamento
Licor preto para Queima
C 34.0
H 3.5
Na 19.0
K 2.0
S 4.5
Cl 0.5
O 36.5
Teor de Sólidos: 65 ~ 80 wt%
Poder calorífico: 5800 Btu/lb d.s.
(13600 kJ/kg)
Wt% d.s.
Queima do Licor Preto
 A queima do licor preto concentrado é feito na 
caldeira de recuperação
 A caldeira é o equipamento mais caro e 
possivelmente o mais importante no processo de 
recuperação química
 Nela ocorre a conversão dos sais de Na e S em Na2CO3 e
Na2S
 A caldeira gera vapor e eletricidade fazendo uso 
do calor de combustão dos orgânicos no licor 
 Uma caldeira pode queimar de 600 a 3200
toneladas de sólidos secos de licor por dia
 Em geral o equipamento tem 40 a 60 m de altura
Caldeira de Recuperação
Partes de uma Caldeira
Condição de Queima do 
Licor Preto
Balanço de Massa na Caldeira
Balanço de Energia na Caldeira
 Deposição nos tubos de troca térmica e 
entupimento da passagem de gases de exaustão
 Corrosão
 Explosão de contato fundido-água
 Desligamento
 Qualidade dos fundidos
 Emissões atmosféricas
Problemas Operacionais na 
Caldeira
Problemas na Caldeira
Planta de Caustificação
Reações na Planta de 
Caustificação
Preparação do Licor Verde
Preparação do Licor Verde
Licor Verde Cru Licor Verde Tratado
Preparação do Licor Branco
“Apagador” (hidratador) da 
cal virgem
Caustificadores
Separação da Lama de Cal
Separação da Lama de Cal
Problemas Operacionais na 
Planta de Caustificação
Decantação da lama de cal
Entupimento do tecido dos filtros
Alto teor de sólidos suspensos
Baixa disponibilidade da cal
Emissões de NH3
Características do Licor 
Branco
 Solução aquosa de Na2S e NaOH
▪ Concentração equivalente 100g/L como Na2O
▪ 25 – 40 mol% Na2S/(Na2S+NaOH)
 Componentes secundários
▪ Na2CO3, Na2SO4
▪ Compostos de Cl e K
▪ Sólidos suspensos (sais de Ca)
Ciclo da Cal
Lavagem da Lama
Filtro de Lama de Cal com 
pré-recobrimento
Forno de Cal
Calcinação no Forno
CaCO3  CaO + CO2
Lama de Cal Cal
 Temperatura: > 800oC
 Calor de reação: 3250 MJ/ton CaO
 Calor total necessário: 7200 MJ/ton CaO
 Cal necessária: 0.3 ton CaO/ton pulp
Forno de Cal e Precipitador
Condições da Cal Processada
 Propriedades desejáveis:
▪ Carbonato residual: 2% (1,5 - 2,5%)
▪ Disponibilidade: 90% (85 – 95%)
▪ Reatividade: hidratação dentro de 5 minutos
 Efeito das Impurezas (presença de sais de Na)
▪ Baixo teor de impureza  cal pulvurulenta (pó fino)
▪ Alto teor de impureza  baixa disponibilidade, baixa 
reatividade, facilidade de vitrificar a cal
Problemas Operacionais no 
Forno de Cal
 Formação de Anéis
 Formação de Bolas
 Emissão de TRS
 Reposição de Refratários
 Arraste de particulados nos gases de combustão 
Problemas Operacionais no 
Forno de Cal
Planta de Caustificação
Desafios Futuros
 Aumentar a capacidade do processo, mantendo 
os rendimentos mais altos possíveis
 Reduzir o custo econômico do processo
 Reduzir o impacto ambiental
Melhorar as malhas de controle
 Simplificar as tecnologia existente
Terminologia
▪ ”Licor preto fraco” é o licor gerado na lavagem da 
polpa, normalmente entre 14-20 % de sólidos secos
▪ ”Licor preto forte” é o licor de alta concentração gerado na
evaporação, normalmente acima de 70 % de sólidos secos
▪ ”Licor verde” é a solução gerada da mistura dos 
fundidos da caldeira de recuperação com licor branco 
fraco e água
▪ ”Licor branco” é a solução contendo os químicos ativos que 
serão usados no polpeamento
▪ ”Cal” é uma corrente sólida contendo majoritariamente CaO
▪ ”Lama de cal” é uma corrente sólida contendo 
principalmente CaCO3