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INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC
CENTRO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR DO OESTE
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS E ENGENHARIA QUÍMICA
Acadêmicos: Guilherme F. S. Batista. e Taeline Fabris.
PINHALZINHO/SC
INTRODUÇÃO
	A cadeia produtiva de celulose e papel é de grande importância na economia brasileira, devido ao impacto significativo que a mesma exerce sobre inúmeras outras cadeias produtivas. Ela é composta, basicamente, pela produção e extração da madeira, fabricação da celulose e fabricação do papel. 
COMPOSIÇÃO DA CELULOSE
	A celulose é um carboidrato do tipo polissacarídeo abundante nos vegetais e por isso, comum na natureza. Ela consiste até 50% da composição da madeira. É formada por monômeros de glicose, entre 15 a 15.000, unidos por ligações glicosídicas. A fórmula química da celulose é C6H10O5.
MATÉRIAS-PRIMAS
A principal matéria-prima para a produção de papel são os troncos de madeira. Nas fábricas, após serem cortadas, elas passam por um descascador e picador e saem na forma de cavacos.
As árvores utilizadas são dos gêneros:
Eucalyptus
Pinus
Acácia
INSUMOS
Principais insumos: madeira e cavaco.
Insumos químicos: hidróxido, hidróxido de sódio + sulfeto de sódio, sulfitos alcalinos, cloro, organosulfônicos e água.
PRODUTOS
Celulose e papel.
Emulsificantes e lubrificantes. 
MADEIRA
DESCASCAMENTO
PICAGEM
PENEIRAMENTO
COZIMENTO
CALDEIRA
DEPURAÇÃO
LAVAGEM
BRANQUEAMENTO
REFINAÇÃO
CORTAGEM
PAPEL
SECAGEM DA CELULOSE
SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE PRODUTOS QUÍMICOS
FLUXOGRAMA INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE
VARIÁVEIS DAS CORRENTES DOS PRINCIPAIS PROCESSOS
	A vazão de cavaco será definida pelo controle de nível no digestor e pela necessidade de alimentação da mistura (Cavaco/Licor).
	O cozimento é feito nos digestores, que são vasos pressurizados (entre 8,0 e 10,0 kgf/cm2) e com temperatura que chega até 150ºC.
	O digestor é o equipamento-chave da fábrica de papel e celulose e sua etapa de cozimento pode variar de 30 minutos a mais de 3 horas podendo, ser realizado na forma de batelada ou sendo contínuo.
CONSUMO DE ÁGUA EM UMA INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE
BALANÇO DE MASSA 
Parâmetros: 
	Como matéria – prima utilizamos o cavaco da madeira de eucalipto “in natura” e buscamos a composição do cavaco em porcentagem. Também a composição da polpa do cavaco já pré-tratado com NaOH. 
	Licor branco somente de NaOH, densidade de 1,08g/cm³.
	
		Cavaco (in natura)	Licor branco (cozimento)	Polpa tratada com NaOH
	Celulose	40,88%	0	74,00%
	Hemicelulose	14,82%	0	1,09%
	Lignina	34,54%	0	18,05%
	Impurezas	4,69%	0	0,11%
	Água	5,07%	99%	6,75%
	NaOH	0	1%	0
		100%	100%	100%
Utilizamos uma base de cálculo de 2000 toneladas/dia de cavaco.
A quantidade de licor branco que entra é de 4:1, a cada 1 kg de cavaco entram 4 litros de licor branco.
O vapor de 11 kgf/cm² é usado no cozimento da madeira. 
Segundo MANCILHA, C. M. et all., a fração de celulose no resíduo é 0%.
Quantidade de licor branco:
Densidade = m /v 
1,08g/cm³ = m / 1000cm³
m = 1080g em 1 litro 
Para 4 litros = 4320g = 4,320kg 
4,320kg de licor ------ 1 kg de cavaco
 x ------ 2000000 kg de cavaco
X de licor = 8640000 kg = 8640 toneladas de licor.
	Queremos descobrir quanto de polpa sai do digestor e quanto sai de resíduo, além da sua composição.
BALANÇO DE MASSA
DIGESTOR
CAVACO = C = 2000 t/dia
Xcelulose, C = 0,4088
Xhemicelulose, C = 0,1482
Xlignina, C = 0,3454
Ximpurezas, C = 0,0469
Xágua, C = 0,0507
XNaOH, C =0
LICOR BRANCO = L = 8640 t/dia
Xcelulose, L = 0
Xhemicelulose, L = 0
Xlignina, L = 0
Ximpurezas, L = 0
Xágua, L = 0,99
XNaOH, L = 0,01
POLPA = P = ?
Xcelulose, P = 0,7400
Xhemicelulose, P = 0,0109
Xlignina, P= 0,1805
Ximpurezas, P = 0,0011
Xágua, P = 0,0675
XNaOH, P =0
RESÍDUO = R = ?
Xcelulose, R = 0
Xhemicelulose, R = ?
Xlignina, R = ?
Ximpurezas, R = ?
Xágua, R = ?
XNaOH, R = ?
Estado estacionário;
Sem reação química;
Entra = sai.
BMG:
C + L = P + R
2000 + 8640 = P + R 2000 + 8640 = 1104,86 + R
 R = 9535,14 t/dia
BMC (CELULOSE):
C*Xcelulose, C + L*Xcelulose, L = P* Xcelulose, P + R* Xcelulose, R
2000*0,4088 + 8640*0 = P*0,7400 + R*0
P = 1104,86 t/dia
BMC (ÁGUA):
C*Xágua, C + L*Xágua, L = P* Xágua, P + R* Xágua, R
2000*0,0507 + 8640*0,99 = 1104,86*0,0675 + 9535,14*Xágua, R
Xágua, R = 0,8999
BMC (HEMICELULOSE):
C*Xhemicelulose, C + L*Xhemicelulose, L = P* Xhemicelulose, P + R* Xhemicelulose, R
2000*0,1482 + 8640*0 = 1104,86*0,0109 + 9535,14*Xhemicelulose, R
Xhemicelulose, R = 0,0298
BMC (LIGNINA):
C*Xlignina, C + L*Xlignina, L = P* Xlignina, P + R* Xlignina, R
2000*0,3454 + 8640*0 = 1104,86*0,1805 + 9535,14*Xlignina, R
Xlignina, R = 0,0515
BMC (IMPUREZAS):
C*Ximpurezas, C + L*Ximpurezas, L = P* Ximpurezas, P + R* Ximpurezas, R
2000*0,0469 + 8640*0 = 1104,86*0,0011 + 9535,14*Ximpurezas, R
Ximpurezas, R = 9,7098.10^-3
BMC (NaOH):
C*XNaOH, C + L*XNaOH, L = P* XNaOH, P + R* XNaOH, R
2000*0,3454 + 8640*0 = 1104,86*0,1805 + 9535,14*XNaOH, R
XNaOH, R = 9,0612.10^-3
	Resíduo	%
	Celulose	0%
	Água	89,99%
	Hemicelulose	2,98%
	Lignina	5,15%
	Impurezas	0,97%
	NaOH	0,91%
		100%
	Obtivemos para a polpa 1104,86 toneladas/dia e para resíduo 9535,14 toneladas/dia.
BALANÇO DE ENERGIA
DIGESTOR
CAVACO = C = 2000 t/dia
Tc= 25°C
Cp=?
LICOR BRANCO = L = 8640 t/dia
Tl=25°C
Cp=?
POLPA = P = 1104,86 t/ dia
Tp=180°C
Cp=?
RESÍDUO = R = 9535,14 t/ dia
Tr=180°C
Cp=?
Estado estacionário;
Sem reação química;
Entra = sai;
Regime fechado (batelada).
VAPOR= V =?
Tv=180°C 
CONDENSADO= CD = ?
Tc=180°C 
Cp(V)=Cp(CD)=481274481,7 cal/t
- sistema fechado 
- estado estacionário (acúmulo de energia zero);
- dm/dt = 0 e dT/dt = 0;
- ∆E = 0;
- Ec = Ep = 0;
- ∆v = ∆h = 0;
- considera-se as partes móveis desprezíveis ∆vc = 0, W = 0;
- Q = 0, troca de calor desprezível;
- V = CD;
- Tref = 0°C;
- Tpolpa = Tresíduo.
Portanto:
∆Hm= 0
Equação geral:
∆E = Q + W + ∆[(H + Ec + Ep)m]
Calculamos o calor específico do cavaco, licor branco, polpa e resíduo com base das frações de cada componente. Para o cálculo consideraremos as impurezas como desprezíveis.
Para o cavaco e o licor branco que entram no digestor utilizamos uma temperatura ambiente de 25°C, também consideramos que a temperatura que a polpa e o resíduo que saem do digestor é a mesma temperatura em que acontece o aquecimento com vapor no digestor (180°C). 
Temperatura de referência (Tref) = 0°C
Cp celulose = 382153 cal/t°C
Cp lignina = 262730 cal/t°C
Cp hemicelulose = 221410 cal/t°C
Cp água = 1000000 cal/t°C
Cp NaOH = 940000 cal/t°C
∆Hvap = 2015,0 kJ/kg = 481274481,7 cal/t
Cp cavaco:
Xcelulose, C = 0,4088
Xhemicelulose, C = 0,1482
Xlignina, C = 0,3454
Ximpurezas, C = 0,0469
Xágua, C = 0,0507
XNaOH, C =0
Cp cavaco = Xcelulose,C*Cpcelulose+
Xhemicelulose,C*Cphemicelulose,C+
Xlignina,C*Cplignina+
Ximpurezas,C*Cpimpurezas+
Xágua,C*Cpágua+
XNaOH,C*CpNaOH
Cp cavaco= 0,4088*382153 + 0,1482*221410 + 0,3454*262730+0,0469*0+0,0507*1000000+0*940000
Cp cavaco = 330484,0504 cal/t°C
Cp licor branco:
Xcelulose, L = 0
Xhemicelulose, L = 0
Xlignina, L = 0
Ximpurezas, L = 0
Xágua, L = 0,99
XNaOH, L = 0,01
Cp licor branco = Xcelulose,L*Cpcelulose+
Xhemicelulose,L*Cphemicelulose,C+
Xlignina,L*Cplignina+
Ximpurezas,L*Cpimpurezas+
Xágua,L*Cpágua+
XNaOH,L*CpNaOH
Cp licor branco= 0*382153 + 0*221410 + 0*262730+0*0+0,99*1000000+0,01*940000
Cp licor branco = 999400 cal/t°C
Cp polpa:
Xcelulose, P = 0,7400
Xhemicelulose, P = 0,0109
Xlignina, P= 0,1805
Ximpurezas, P = 0,0011
Xágua, P = 0,0675
XNaOH, P =0
Cp polpa = Xcelulose,P*Cpcelulose+
Xhemicelulose,P*Cphemicelulose+
Xlignina,P*Cplignina+
Ximpurezas,P*Cpimpurezas+
Xágua,P*Cpágua+
XNaOH,P*CpNaOH
Cp polpa= 0,7400*382153 + 0,0109*221410 + 0,1805*262730+0,0011*0+0,0675*1000000+0*940000
Cp polpa = 400129,354 cal/t°C
Cp resíduo:
Xcelulose, R = 0
Xhemicelulose, R = 0,0298
Xlignina, R= 0,0515
Ximpurezas,R = 9,7.10^-3
Xágua, R = 0,8999
XNaOH, R = 9,1.10^-3
Cp resíduo = Xcelulose,R*Cpcelulose+
Xhemicelulose,R*Cphemicelulose+
Xlignina,R*Cplignina+
Ximpurezas,R*Cpimpurezas+
Xágua,R*Cpágua+
XNaOH,R*CpNaOH
Cp resíduo= 0*382153 + 0,0298*221410 + 0,0515*262730+9,7.10^-3*0+0,8999*1000000+9,1.10^-3*940000
Cp resíduo = 928582,613 cal/t°C
C* + L* + V* = P* + R* + CD*
V* - CD* = P* + R* - C* - L* 
V = CD
V* - V* = P* + R* - C* - L* 
V( -) = P* + R* - C* - L* 
V*∆Hvap = P*Cp(p)*(Tp – Tref) + R*Cp(r)*(Tr – Tref) - C*Cp(c)*(Tc – Tref) - L*Cp(l)*(Tl – Tref)
V*481274481,7 = 
1104,86*400121,354 *(180-0)°C + 9535,14 *928582,613 *(180-0)°C
2000 *330484,0504*(25-0) – 8640*999400 *(25-0)°C
V*481274481,7 = 1,440930782.10^12 
V = 2993,99 
Como resultado obtivemos:
Cp cavaco = 330484,0504 cal/t°C
Cp licor branco = 999400 cal/t°C
Cp polpa = 400129,354 cal/t°C
Cp resíduo = 928582,613 cal/t°C
Vapor = Condensado = 2993,99 
REFERÊNCIAS
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MAGALHÃES, Lana. Celulose. Disponível em: <https://www.todamateria.com.br/celulose/>. Acesso em: 2 de setembro de 2019. 
OSORIO, Estela Gonçalves. Indústria de papel e celulose: estudo de caso da implantação da vcp florestal no extremo sul do rio grande do sul. Disponível em: <http://tcc.bu.ufsc.br/Economia293729.pdf>. Acesso em: 2 de setembro de 2019. 
REFERÊNCIAS BALANÇO DE MASSA
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KLOCK, Umberto. Condições de cozimento -processo sulfato ou kraft. Disponível em: http://www.madeira.ufpr.br/disciplinasklock/polpaepapel/cozimentoP1.pdf. Acesso em: 13 de outubro de 2019. 
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RIBEIRO, Nayssa Martins. Análise de uma instalação de vapor em uma indústria de papel e celulose. Disponível em: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/7350/1/PB_DAMEC_2016_2_18.pdf. Acesso em: 13 de outubro de 2019. 
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