UBI / TECNICELPA PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PAPEL. 12.0utubro A Máquina de Papel. Carlos Brás

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PROCESSO DE PRODUÇÃO DE PAPEL

12.0utubro.2017

A Máquina de Papel

Carlos Brás

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Sumário

1.

Introdução

2. Máquina de Papel

2.1 Formação

2.2 Prensagem

2.3 Secagem

2.4 Revestimento superficial

2.5 Calandragem

2.6 Enrolador

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Processo de fabrico de pasta e papel

floresta madeira fibra virgem

produção pasta produção papel produção energia e vapor Pasta seca p/ mercado Pasta em suspensão Resíduos florestais Casca da madeira Papel para impressão licor

Energia Eléctrica & vapor

En er g ia El éctr ica p / red e 3

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Fases do processo de fabrico de papel Preparação Formação de pontos de ligação nas fibras Suspensão de fibras em água - ligações químicas entre as fibras e as moléculas de água Remoção da água Filtragem Prensagem Secagem Folha de papel Ligações entre fibras

Fibras + água

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O processo de fabrico de papel é um processo simples » numa 1ª fase as fibras estão misturadas com água » numa 2 ª fase remove-se a água e ficam as fibras ligadas entre si formando a folha de papel

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A MP é composta por várias secções onde a água é removida de formas diferentes e onde as características do papel são manipuladas

Caixa de chegada Secção de formação Secção de prensas

Pré secagem Revestimento superficial Pós secagem Enrolador Calandragem

Remoção de água e início da formação de ligações entre as fibras

Remoção de água e fortalecimento das ligações entre as fibras Aplicação de amido na superfície

Acabamento superficial ( alisamento ) e enrolamento

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Quantidades de água envolvidas nas diferentes secções ( MP com 200 m de comprimento ) 2000 l/s = 16 kg fibras /s + 1984 kg H₂O /s Formação 1924 l H2O / s ( 97%) Prensagem 40 l H₂O / s ( 2%) Secagem 20 l H2O / s ( 1%) 7

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Água livre e água embebida

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Requisitos de qualidade e sua relação com as diferentes secções da MP FUNCIONALIDADE ASPECTO VISUAL ATRIBUTOS ESTÉTICOS CORTE E EMBALAGEM ATRIBUTOS AMBIENTAIS VERSATILIDADE PAPEL DE ESCRITÓRIO

Curl, Cockling, Atrito

Formação, Refinação, Film press, Químicos

Look through, Brancura,

Shade,Opacidade, Qualidade de impressão

Químicos, Refinação, Formação, Prensagem, Film press

Espessura, Rigidez, Rugosidade, Odor

Água, Pastas, Prensagem, Secagem, Calandragem

Fotocopiadoras, Laser, Ink jet,Pré-impressão, escrita

Formação, Flm Press, Secagem

Qualidade do corte, Pó, Amainamento da resma, Embalagem ( resma, caixa, palete )

Químicos, Secagem

Matérias-primas, Processo produtivo, Utilização, Reciclagem

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UWF printing and writing papers L = 8.6 m V ( operação )= 1550 m / min V ( projecto ) = 1700 m/min Produção anual = 420000 t 12

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Caixa de Chegada e Secção de Formação

Source: grupo Portucel Soporcel

Remoção de grandes quantidades de água de forma

controlada, de forma a garantir uma distribuição uniforme das fibras formação da folha.

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Caixa de Chegada » homogeneização da mistura de fibras e água » zonas de turbulência para evitar fenómenos de floculação » microturbulência

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Caixa de Chegada » Requisitos desenho

 Pressão uniforme na direccção transversal ( CD ) à entrada da Cx chegada – manifold de seccção variável para garantir igualdade de velocidades / pressões

 Câmara de atenuação para amortecimento de pulsações de pressão

 Gerador de turbulência para “desfloculação” com saída que garanta escoamento uniforme

 Lamelas para amortecimento de fenómenos de turbulência originados no gerador de turbulência, entre este e o slice

 Slice ( Lábio ) com desenho que não introduza novos fenómenos de macro turbulência localizada

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Caixa de Chegada » Controle transversal peso seco

 Rods eléctricos  Step motors

 Caixas de controle de diluição

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Caixa de Chegada » Requisitos operacionais

 Interior limpo de depósitos ( stickies )

 Movimentos do slice ( horizontal e vertical ) síncronos entre LA e LC  Nivelamento

 Superfícies interiores em bom estado, bem polidas  Slice perfeitamente limpo, sem quaisquer depósitos Sistemas de controle CD de peso seco em bom estado  Lamelas sem defeitos

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Caixa de Chegada » Influência do tipo de lábio na eficiência 965 970 975 980 985 990 995 1000 to n s / d ia

jan04-mai04 jun04-jan05 fev05-jun05

A A B A B 18

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Caixa de Chegada » Efeitos sobre qualidade

Formação – abertura slice ( consistência ) ; ponto de impacto ; desenho

Linhas de água – desenho do lábio ; feixe de turbulência ; comprimento das lamelas Curl diagonal – desnivelamento da caixa ; deformação do lábio inferior

Bolhas de ar – ponto de impacto

 Riscos MD – depósitos no slice ; defeitos nas lamelas

Orientação de fibras – tipo de cx de chegada ( melhor as de diluição )

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Secção de formação » drenagem por filtragem com auxílio de teias plásticas, foils e vácuo

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Secção de formação » tipos de formadores

 Fourdrinier ( mesa plana ) - drenagem num único sentido ; drenagem

hidrodinâmica com o auxílio de rolos ( velocidades reduzidas ) , foils e foils com pressão variável

 Forma redonda – teia roda no interior de uma tina

 Formadores hibridos – zona de mesa plana seguida por um formador superior – drenagem nos dois sentidos a partir de uma determinada distância da cx

chegada ; pode ter uma unidade de foils com pressão variável à entrada do formador superior.

Gap formers – duas teias logo à saída da caixa de chegada – drenagem simétrica.

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Secção de formação » Requisitos desenho

 Lay out simples de forma a evitar acumulação de fibras ( slime ) – suficientes

e adequados mecanismos de limpeza ( chuveiros , raspas, aparadeiras , etc.. ) Evolução da drenagem de forma controlada, garantindo um desenvolvimento de consistência de acordo com impulsos de drenagem / formação

 Montagem fácil de teias

 Bons sistemas para limpeza de teias  Dimensões adequadas ao tipo de fibras.

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Secção de formação » exemplo de uma situação a evitar » acumulação de fibra num gap former

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Secção de formação » correção da situação anterior

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Secção de formação » couch roll » acumulação de fibra e cargas na zona ascendente

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Secção de formação » couch roll » acumulação de fibra e cargas na zona descendente

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Secção de formação » Requisitos operacionais

 Limpeza permanente

 Chuveiros em bom estado de funcionamento  Rolos de sucção desentupidos

 Raspas alinhadas

 Revestimentos dos rolos em bom estado . Rolos alinhados.

 Foils com os ângulos adequados e distanciados entre eles de forma equidistante ( frequência dos impulsos )

 Teias limpas, estáveis e sem defeitos.

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Secção de formação » Efeitos sobre processo / qualidade

Formação – Escalonamento da drenagem; posição de foils, quantidade, ângulos, pressão ; tipo de teias e tensão das teias ; espessura do stock à entrada da teia superior ( formadores híbridos ) ;

Curl – tipo de formador; vácuo ; alinhamento de rolos e foils, estabilidade das teias

Faixas de humidade – exagerada pressão hidráulica entre teias ; defeitos em teias (vincos)

 Permeabilidade – formação em pressão vs formação em velocidade Distribuição de filler na direcção Z – tipo de formador

Retenção –tipo de formador; tipo de teias ; vácuo

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Secção de formação » diferenças de orientação de fibras entre as duas faces

Óptimo curl

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Prensagem » remoção de água por acção mecânica » consolidação da folha para permitir a sua condução na secção de secagem » utilização de feltros , mangas e correias em PU

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PRENSAS DE NIP LINEAR Secura = 41 a 48 % PRENSAS DE NIP DE SAPATA Secura = 48 a 55 % Tipos de prensas

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Tipos de prensas » nas prensas de sapata não existem tiragens abertas as quais são limitativas da velocidade das MP’s

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Secção de prensas » Requisitos desenho

Rolos aspirantes com virolas com resistência adequada ao vácuo e força exercida pela pressão de prensagem

Ângulos de saída das prensas que evitem reumidificação da folha  Facilidade do escoamento de água das nips

 Adequada recolha de água em aparadeiras que evitem uma acumulação excessiva de água

 Estruturas calculadas para evitarem vibrações

Bons sistemas de encaminhamento e de transporte da folha Bons sistemas de limpeza e condicionamento de feltros

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Secção de prensas » Requisitos operacionais

Feltros com capacidade de remoção de água sem marcação do papel.. Aparadeiras desentupidas

Sistemas de limpeza e condicionamento de feltros devidamente ajustados e com funcionamento correcto

Sistemas hidráulicos em boas condições de operação Sistemas de encaminhamento ajustados e afinados

Raspadores alinhados e em boas condições de operação

Bom estado geral de limpeza. Eliminação de pingos de água sobre a folha.

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Secção de prensas » Efeitos sobre a qualidade

Marcação por excessiva pressão hidráulica nas nips ou por excessiva largura de ranhuras no caso de mangas das shoe presses ou de rolos ranhurados ou de feltros ( shadow marking ou marcação mecânica )

 Espessura comprometida devido a elevadas cargas mecânicas. Crushing – excesso de água nas nips.

Diferença de faces se não existir uma drenagem simétrica _ face em direcção à qual a drenagem é mais intensa = face mais rugosa

Alteração das características finais de resistência mecânica do papel consoante existam ou não tiragens abertas.

Fiber picking – possível em prensas com belts de transferência Permeabilidade – influenciada pela tiragem

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100 120 140 160 180 200 220 240 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 Bulk (cm3/g) B e n d s te n R o u g h n e s s ( m l/ m in ) Benchmark References Soporcel PM1 Cut Size Soporcel PM1 Offset Soporcel PM2 Setúbal PM3

Secção de prensas » Diferentes tipos de prensas » Efeitos sobre a espessura

Prensas lineares Prensas de sapata Prensa linear + prensa de sapata 38

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Secção de prensas » efeito da área aberta de uma manga de shoe press na produtividade 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 to n s / d ia

jan02-mar03 abr03-mar05 abr05-jun05

Camisas c/ menor área aberta Camisas c/ menor área aberta Camisas c/ maior área aberta 39

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Secção de secagem » utilização de vapor como fonte de energia térmica para remover água do papel por evaporação

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161m

Secção de secagem » Custos de investimento elevados para remoção de apenas 1% do total de água

Pos secagem Pre secagem

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Vantagens

 Menor consumo de energia  Melhor runnability

 Redução do investimento – menor dimensão da secagem

Desvantagens

 Impacto negativo sobre a espessura do papel

Secção de secagem » Impacto do teor de secura do papel à saída das prensas

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Máxima capacidade de evaporação por unidade de secagem

Homogeneidade transversal de evaporação de forma a garantir bons perfis CD de humidade

Boa runnability da Máquina de Papel - condições de transporte da folha adequada à velocidade da Máquina

Mínimo consumo de energia - bom desempenho do sistema de vapor e condensados, ventilação e recuperação de calor

Secção de secagem » Requisitos de desenho

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Secção de secagem » Métodos de secagem

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 Fonte de energia – vapor saturado  Meio de transferência – cilindros de

ferro fundido

 Recurso a telas para promover a transferência da folha e o

accionamento de grupos de cilindros  Remoção de vapor de água através de

ar num ambiente confinado – capota de secagem

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Secção de secagem » Diferentes tipos de secadores multi-cilindros

Single tier Single felted

Double tier

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INJECÇÃO DIRECTA

INJECÇÃO INDIRECTA

( menor rendimento energético )

Secção de secagem » Injecção directa de ar quente ( Impingement drying )

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Vapor e condensados

Elementos de runnability

Sistemas de encaminhamento

Ventilação e recuperação de calor

Secção de secagem » Componentes de uma secaria multi-cilindros

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Diagrama TAPPI de taxas de evaporação para papéis de impressão e escrita

Secção de secagem » Taxa de evaporação em função da pressão de vapor

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Secção de secagem » Factores que afectam a taxa de evaporação

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Vapor e condensados

 Fracção mínima de vapor para condensadores ( bom desenho e operação da cascata )

 Utilização de vapor flash para aquecimento do ar insuflado Sistema de ventilação

 Capota fechada , sem fugas e com ponto de orvalho elevado  Sistema optimizado de recuperação de calor

 Não aquecimento excessivo do ar insuflado

 Teor de secura do papel à entrada da secaria o mais elevado possível ( 1% de ganho em secura reduz em 4% a quantidade de água evaporada )

Secção de secagem » Otimização da eficiência energética de uma secaria

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Secção de secagem » Utilizadores de vapor

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Exaustão de ar

Recuperação de calor

Insuflação de ar

Secção de secagem » Sistema de ventilação e recuperação de calor

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Secção de secagem » Ventilação e runnability

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nível zero ideal

Nível zero baixo ( fugas de ar quente pelas aberturas de passagem do papel )

Nível zero alto ( riscos de condensação )

Secção de secagem » Nível zero

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Com cordas

(secarias double tier simétricas )

Sem cordas ( secarias single tier )

Secção de secagem » Sistemas de encaminhamento da tira

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Secção de secagem » Requisitos operacionais

Sistema de vapor e condensados em boas condições – sifões ajustados com as folgas adequadas, inexistência de fugas , bombas de extracção de

condensados em condições, sistema de controle afinado. Telas limpas e em bom estado de funcionamento.

Sistemas de ventilação em boas condições – condutas desentupidas, orifícios e ranhuras desentupidas, caixas alinhadas, nível zero correcto.

Componentes de runnability em perfeitas condições – vácuos adequados, caixas alinhadas, selagens em bom estado, ranhuras desentupidas

Sistemas de encaminhamento ajustados e afinados

Raspadores alinhados e em boas condições de operação Bom estado geral de limpeza.

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Perfil CD de contracção (single tier )

Evolução da contracção com o teor de secura

Secção de secagem » Efeitos sobre a qualidade

O perfil de contracção está na origem da variação CD das

propriedades do papel : rugosidade, tracção, permeabilidade, formação, humidade

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Secção de secagem » Efeitos sobre a qualidade

 Relação entre a resistência à tracção e o alongamento – double tier : maior

capacidade de alongamento ( maior plasticidade ) ; single tier : maior resistência à tracção ( maior elasticidade ) – influência no módulo de young – qualidade de

corte !

Curl – secagem diferenciada Colagem – rampa de secagem

Marcação devida a telas _ emendas

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Revestimento superficial » aplicação de uma calda de amido para melhorar características de impressão do papel

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Revestimento superficial » Film press

Através de um rod ranhurado é aplicada uma determinada quantidade de banho nos rolos de uma prensa, que é

depois transferido para o papel na nip Rolos com revestimento em borracha

Pick up de amido = f ( tamanho das ranhuras dos rods, pressão dos rods, viscosidade do amido, teor de sólidos do amido, velocidade )

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Calandragem » controle da espessura do papel e alisamento das faces

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Calandragem » Tipos de calandras : hard calendering, soft calendering

Calandra de dois rolos de aço em que um pode estar

preparado para fazer o controle CD de espessura

Calandra de duas nips com rolos macios , com pistões internos para fazer o controle CD de espessura

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Enrolador » enrolamento do papel em carretéis ( 45 a 70 ton ) para posterior transformação em bobines mais pequenas

A tensão de enrolamento é controlada pela pressão entre o carretel e o tambor do enrolador

A tensão de enrolamento é controlada pelo torque do motor que acciona directamente o veio do carretel

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