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Simulação do Processo de Geração do CLO2 em uma Indústria de Fabricação de Papel
Simulation of the CLO2 Generation Process in a Paper Manufacturing Industry
Samantha Cardoso Ferreira1*, Hídila Souza Teixeira da Silva2, Elisa Barbosa Marra3, Marcela Galdino de Freitas4, Luis Felipe Caramez Berteges5, Cristiane de Souza Siqueira Pereira6

1 2 3 6 Curso de Engenharia Química da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
4 Departamento de Engenharia Química da UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil,
5 Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
*samanthacardoso2010@bol.com.br

Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE/index
ARTIGO ORIGINAL

OPEN ACCESS

Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engeneering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. 5, N.º 1, p. aa-bb. (2019). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
ARTIGO INFO.
Recebido em: 12/11/2018
Aprovado em: 14/11/2018
Disponibilizado em:
Palavras-chave:
ProsimPlus; Destilação; dipropilenoglicol.
Keywords:
ProsimPlus; Distillation; Dipropylene Glycol.

Copyright © 2018, Ferreira et al. Esta obra está sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso.
*Autor Correspondente: Samantha Cardoso Ferreira

RESUMO

Citação
(APA):
Deboçam

et
al. (2019)
Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando
dipropilenoglicol
.

Brazilian

Journal

of

Production

Engineering
,
5
(1):
116-128. Na fabricação do papel e da celulose as condições ótimas de processo tais como temperatura, pH e nutrientes devem ser monitoradas para crescimento de microrganismos. Para impedir a proliferação destes microrganismos o dióxido de cloro (ClO2) é utilizado como biocida, apresentando excelentes resultados quando comparado a outros agentes sanitizantes. Embora o cloro gasoso seja menos oneroso, o custo geral do tratamento com ClO2 geralmente é menor, devido à sua melhor eficiência. Objetivou-se no presente trabalho a simulação do processo de geração do ClO2 desenvolvida em um simulador de processos a fim de avaliar a eficiência da planta geradora de ClO2. Foi utilizado o simulador de processos comercial SuperProDesigner v9.0 e para desenvolvimento do fluxograma do processo considerou-se um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR). Os resultados obtidos com a simulação foram satisfatórios alcançando-se 95% de eficiência e corroboram os dados experimentais. Os resultados obtidos mostraram também que a dosagem indicada para desinfecção do meio reacional sem agredir as tubulações e vestimentas foi alcançada.

ABSTRACT
In paper and cellulose manufacture, optimum process conditions such as temperature, pH and nutrients should be monitored for growth of microorganisms. To prevent the proliferation of these microorganisms chlorine dioxide (ClO2) is used as a biocide, presenting excellent resultswhen compared to other sanitizing agents. Although chlorine gas is less expensive, the overall cost of treatment with ClO2 is generally lower because of its better efficiency. The objective of this work was to simulate the ClO2 generation process developed in a process simulator in order to evaluate the kinetics of the reaction, the optimum dosage for effective disinfection, to evaluate the residual ClO2 and the efficiency of the generation plant. The commercial process simulator SuperPro Designer v9.0 was used and for the development of the flowchart of the process acontinuous stirred tank reactor (CSTR) was considered. The results obtained with the simulation were satisfactory reaching 95% efficiency and corroborate the experimental data. The results also showed that the indicated dosage for disinfection of the reaction medium without attacking the pipes and clothing was reached.
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6
- 3 -
Deboçam et al. (2019) Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando dipropilenoglicol.

Introdução
O ramo de papel e celulose no Brasil é uma área bastante competitiva, fruto da alta produtividade da atividade florestal, derivada de décadas de investimentos intensivos em pesquisa e desenvolvimento, assim como das condições edafoclimáticas do Brasil. Entre os anos de 1970-2013, houve um aumento da produção brasileira de celulose cerca de 7,1% ao ano, onde consequentemente refletiu na produção de papel, com uma taxa de 5,4% ao ano, colocando o Brasil como um dos maiores produtores de celulose no mundo (IBÁ, 2015).
Há um grande consumo de matérias-primas orgânicas na indústria papeleira, dentre elas podemos citar como exemplo a celulose que é consumida no processo numa média de 80% em receita e também de água, para diluição das massas de matéria-prima ou para diluente de seus efluentes, aproximadamente 12.000 litros para cada tonelada de papel é consumida,o que coloca o Brasil em uma escala favorável para a produção de papel e celulose, uma vez que as reservas brasileiras favorecem isso (CABRAL, 2016).
O meio reacional da fabricação de papel é propício para o desenvolvimento de microrganismos levando em consideração a temperatura, pH e nutrientes orgânicos, ambiente ao qual as bactérias podem se multiplicar facilmente, onde há um grande interesse do uso de mecanismos que possam inibir a proliferação desses, uma vez que, as bactérias são um dos fatores desfavoráveis no processo de produção de papel.O cloro apresenta baixa estabilidade e possui função biocida somente em pH ácido devido a sua faixa de aplicação a pH < 7.0, quando no processo de fabricação de papel o meio reacional apresenta uma faixa de pH entre 6.0 a 9.0,nessas condições não tem ação biocida efetiva, outro ponto importante, é o fato da hidrólise de fibras sintéticas de poliamida (matéria-prima de telas formadoras e feltros úmidos) devido a geração do íon cloreto favorecendo o ataque químico de vestimentas reduzindo sua vida útil, conforme a Figura 1 (ROBUSTI et al., 2015).



Figura 1. Representação da tela formadora que sofreu hidrólise nas fibras de poliamida.




Hidrólise da tela formadora






Fonte: Os autores.

Todavia o uso do hipoclorito e de outros sais de cloro considerados os primeiros quando se trata da formação de cloraminas orgânicas tem se tornado uma grande preocupação, pois a interação do cloro com a matéria orgânica do meio produz subprodutos da desinfecção, entre eles ostrihalometanos (THMs), presumidos como carcinogênicos, sendo assim, há um estímulo na procura por um desinfetante alternativo, passando-se a investigar o dióxido de cloro (ClO2) (BAIRD, 2001).
A descoberta do dióxido de cloro (ClO2) foi feita por Sir Humphrey Davy em 1811, acidificando clorato de potássio com ácido sulfúrico e por fim, produzindo um gás verde-amarelo vindo a chamar-lhe “euchlorine”(SHIN & JUNG, 2006).
O dióxido de cloro é um gás à temperatura ambiente, pois não sofre qualquer alteração com as variações de temperatura atmosféricas, além disso, é um forte agente oxidante, que geralmente, reage por meio da transferência de elétrons operando na membrana celular, desidratando, penetrando,oxidando internamente a célula microbiana sem causar ação tóxica como ocorre na maioria dos compostos de cloro(FELKEY, 2003).
Destaca-setambém que é eficaz com os microrganismos gram negativos e gram positivos. Os compostos fenólicos são hidrolisados e assim há a diminuição da formação de sabores e odores anormais. Outro fator importante é a sua ação esporicida e sanitizante que se dá em menores concentrações de cloro, que é consequência de ser solúvel em óleos e soluções de composição mistas como, por exemplo, células de bactérias e vírus, onde as membranas penetram facilmente, diferentes de outras substâncias polares. Recentemente, vários trabalhos com o dióxido de cloro foram realizados em diferentes países (RASH, 2003).
Com isso observa-se a necessidade que sejam desenvolvidas rotas tecnológicas visando à produção de dióxido de cloro.
Os simuladores de processos são ferramentas indispensáveis nos estudos e no planejamento de projetos, assim como em processos já em operação, permitindo prever as condições do processo produtivo.
O SuperPro Designer, fornece dimensionamento de equipamentos, cálculo de custos, avaliação econômica, balanços de massa e energia, por isso, este software foi escolhido para a simulação e um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR) foi proposto (INTELLIGEN, INC.).

Materiais e Métodos
Para a simulação da geração do Dióxido de Cloro um reator do tipo CSTR (continuousstirred-tankreactor) foi desenvolvido no simulador de processos, como pode ser visualizado na figura 2.Asvariáveis de processo analisadas foram fluxo mássicoe vazão de alimentaçãobaseadas na reação conforme equação 1.
(2NaClO3+ H2O2) + H2SO42ClO2 + O2 + Na2SO4 + 2H2O(1)
Onde: NaClO3 = Clorato de Sódio, H2O2 = Peróxido de Hidrogênio, H2SO4 = Ácido Sulfúrico, ClO2 = Dióxido de Cloro, O2 = Oxigênio, Na2SO4 = Sulfato de Sódio e H2O = Água.
Figura 2. Representação esquemática da produção de dióxido de cloro no reator do tipo CSTR.










Fonte -SuperPro Designer v9.0.


Para reatores do tipo CSTR o SuperPro Designer conta com uma ferramenta que propõe o fluxo mássico da alimentação do processo. Esse fluxo foi calculado através da equação 2.



Onde? é a ordem da reação,k é a constante cinética, K1 e K2 são constantes de inibição em kmol/m3e Ci é a concentração da espécie i. ATabela 1 apresenta as condições de alimentação do reator:

Tabela 1. Fluxos mássicos da alimentação proposta pelo SuperProDesigner

Fonte própria

Nesse cenário, operou-se o reator a uma temperatura de 323,15 K e uma pressão de 100KPa.Tendo como base, o balanço estequiométrico da reação, que é representado na tabela 2.

Tabela 2. Balanço estequiométrico da reação proposto pelo SuperPro Designer

Fonte-(Adaptado) SuperPro Designer v9.0.

Para a realização do balanço de massa, foram definidos os reagentes sendo o fluxo de entrada e o fluxo de saída o produto dióxido de cloro.


Resultados e Discussões
A solução aquosa de dióxido de cloro produzida está substancialmente livre de ácido cloroso e de preferência está livre de outros subprodutos, tais como cloreto de sódio e cloro livre.A tabela 3 representa as correntes da saída do sistema.
Tabela 3. Fluxo mássico da saída do reator CSTR
Fonte - (Adaptado) Relatório do SuperPro Designer v9.0.

Para fins de comparação, analisou-seos resultados experimentais obtidos por uma planta de processo de produção de dióxido de cloro in siterepresentada na figura 3.

Figura 3. Representação da planta de produção do dióxido de cloro.

Fonte - arquivo da empresa em estudo

A solução aquosa de clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe o ácido sulfúrico são bombeadas separadamente através de bombas dosadoras eletromagnéticas e misturadas em um reator onde é gerado o gás ClO2. No topo do gerador existe um ejetor por onde passa a água industrial e forma-se um vácuo, esse vácuo que é gerado pela passagem de água de arraste no ejetor faz com que o ClO2 seja solubilizado na água e removido do reator. A solução de ClO2 então é aplicada em diversos pontos do processo de fabricação de papel.Na prática, o que é observado, é uma solução líquida amarela.A planta geradora possui sistemas de alarme e na hipótese de falta de água ou a bomba de água não funcionar, o vácuo não é gerado, logo o equipamento é desligado.Em caso da falta do componente A ou ácido, ou as respectivas bombas não funcionarem, o vácuo formado será maior comparado à produção normal e o equipamento será desligado.A planta em análise, opera a uma vazão de alimentação de 23,2 mL/min, composta de uma mistura aquosade clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe 23,6 mL/min de H2SO4 (ácido sulfúrico), produzindo 0,49 kg/h de ClO2à -520,9 mmHg de vácuo conforme figura 4.

Figura 4. Fluxograma da produção do dióxido de cloro.
Fonte: Os autores.

Nessas condições de operação para avaliar a eficiência da planta calculou-se a concentração teórica e concentração medida. Com os dados obtidos o processo de geração foi avaliado em termos de eficiência (%) calculada a partir da Equação 3.



Os resultados obtidos após a simulação indicaram uma eficiência de 95% na produção de dióxido de cloro. Este valor atende as expectativas visto que a planta geradora in site da empresa em estudo apresentou uma eficiência de 97%. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos da planta geradora da empresa.

Tabela 4. Resultados obtidos para cálculo da eficiência da planta geradora
Fonte - Empresa em estudo

Tendo em vista a eficiência da produção de dióxido de cloro, baseado em dados fornecidos pela empresa, a dosagem do ClO2kg/Tde papel produzidovs o seu residual (ppm) em valores acima de 0,5 ppm (concentração estabelecida após análises laboratoriais) afeta as tubulações e vestimentas com ataques químicos, desta forma foram realizados testes com dosagens diferentes. Analisando os fluxos de 0,09e 0,08 kg/Tobservou-seinstabilidade e valores acima da tolerância. Considerando a análise do residual, após correção da dosagem para 0,07 kg/T de papel produzido na planta geradora, os valores do residual de ClO2apresentaram-seestabilidade dentro da faixa de tolerância que é de 0,05 a 0,5 ppm conforme carta de controle apresentadano gráfico 1. Obteve-se assim aconcentraçãoótima de dióxido de cloro para promover a desinfecção através da oxidação.Em relação ao controle da dosagem ótima de 0,07 kg deClO2/T de papel produzido, o gerador oferece informações de vazão volumétrica da solução, taxa de geração que são monitorados pela sala de controle, garantindo um processo estável de geração não excedendo o valor preestabelecido após estudos.

Gráfico 1. Representação gráfica da dosagem de ClO2vs residual de ClO2 no processo de fabricação de papel










Fonte - (Adaptado) Minitab®
Considerando a sua ação rápida e suas propriedades de oxidação seletiva, o dióxido de cloro é capaz de reduzir a atividade microbiológica de modo significativo, rápida e eficientemente, a uma taxa de alimentação menor do que os biocidas oxidantes tradicionais. O controle microbiológico é obtido com o uso de menos dióxido de cloro e as taxas de corrosão são reduzidas.


Conclusão
De acordo com os resultados obtidos a partir do simulador de processos SuperPro Designer, foi possível prever a eficiência da planta geradora e após experimentos realizados na empresa em estudo, concluiu-se que foi possível obter a dosagem ideal de dióxido de cloro para o processo de fabricação, alcançando a expectativa e permitindo avaliar que é possível maximizar lucros reduzindo os custos com manutenções de tubulações, compra de novas vestimentas e perda de papel na fabricação. Na simulação, os resultados encontrados corroboram que o processo de geração de ClO2 na indústria de papel pode gerar melhorias ao processo, aumentando a eficiência da planta, além de minimizar impactos ao processo produtivo.O estudo da simulação de processo, permitiu concluir que os Softwares comerciais desenvolvidos para simulação facilitam a modelagem do sistema, permitem prever alterações e melhorias que podem ser feitas nas variáveis, otimizando o processo.

Referências
BAIRD, Colin. Química ambiental. Reverté, 2001.
FELKEY, K. D. et al. Optimizationofchlorinetreatmentsandtheeffectsonsurvivalof Salmonella spp. OntoMatosurfaces. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P212, p. 132
IBÁ - Indústria Brasileira de Árvores. Relatório IBÁ 2015. Brasília, 2015.
INTELLIGEN, INC. Superpro designer®. Disponível em: <http://www.intelligen.com/superpro_overview.html>. Acesso em: 31 out. 2018.
RASH, V. A. Physicalandchemicaltreatments for controlof Salmonella oncataloperiods. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P240, p. 142.
ROBUSTI, et al. Papel. 1 ed. São Paulo - SESI SENAI Editora, 2015. 566 p. ISBN: ISBN 978-85-8393-930-6
SHIN, Ho-Sang; JUNG, Dong-Gyun. Determinationofchlorinedioxide in waterbygaschromatography–massspectrometry. Journal of Chromatography A, v. 1123, n. 1, p. 92-97, 2006.
_______________________________________________________________________

Dados entrada do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Clorato de Sódio 5,78333 . 10-6
Peróxido de Hidrogênio 5,78333 . 10-6
Ácido Sulfúrico 5,88333 . 10-6

Reagentes   Produtos
Componente Coeficiente   Componente Coeficiente
Clorato de Sódio 212,882   Dióxido de Cloro 143,903
Peróxido de Hidrogênio 34,014   Oxigênio 31,99
Ácido Sulfúrico 98,073   Sulfato de Sódio 142,037
Total 344,969   Água 36,039
      Total 344,969

Saída do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Dióxido de Cloro 0,00012627
Oxigênio 6,26944 . 10-5
Sulfato de Sódio 8,79722 . 10-5
Água 5,55277 . 10-5

Concentração teórica Concentração medida Eficiência
(ppm) (ppm

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Simulação do Processo de Geração do CLO2 em uma Indústria de Fabricação de Papel
Simulation of the CLO2 Generation Process in a Paper Manufacturing Industry
Samantha Cardoso Ferreira1*, Hídila Souza Teixeira da Silva2, Elisa Barbosa Marra3, Marcela Galdino de Freitas4, Luis Felipe Caramez Berteges5, Cristiane de Souza Siqueira Pereira6

1 2 3 6 Curso de Engenharia Química da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
4 Departamento de Engenharia Química da UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil,
5 Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
*samanthacardoso2010@bol.com.br

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Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
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Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. 5, N.º 1, p. aa-bb. (2019). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
ARTIGO INFO.
Recebido em: 12/11/2018
Aprovado em: 14/11/2018
Disponibilizado em:
Palavras-chave:
ProsimPlus; Destilação; dipropilenoglicol.
Keywords:
ProsimPlus; Distillation; Dipropylene Glycol.

Copyright © 2018, Ferreira et al. Esta obra está sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso.
*Autor Correspondente: Samantha Cardoso Ferreira

RESUMO

Citação
(APA):
Deboçam

et
al. (2019)
Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando
dipropilenoglicol
.

Brazilian

Journal

of

Production

Engineering
,
5
(1):
116-128. Na fabricação do papel e da celulose as condições ótimas de processo tais como temperatura, pH e nutrientes devem ser monitoradas para crescimento de microrganismos. Para impedir a proliferação destes microrganismos o dióxido de cloro (ClO2) é utilizado como biocida, apresentando excelentes resultados quando comparado a outros agentes sanitizantes. Embora o cloro gasoso seja menos oneroso, o custo geral do tratamento com ClO2 geralmente é menor, devido à sua melhor eficiência. Objetivou-se no presente trabalho a simulação do processo de geração do ClO2 desenvolvida em um simulador de processos a fim de avaliar a eficiência da planta geradora de ClO2. Foi utilizado o simulador de processos comercial SuperProDesigner v9.0 e para desenvolvimento do fluxograma do processo considerou-se um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR). Os resultados obtidos com a simulação foram satisfatórios alcançando-se 95% de eficiência e corroboram os dados experimentais. Os resultados obtidos mostraram também que a dosagem indicada para desinfecção do meio reacional sem agredir as tubulações e vestimentas foi alcançada.

ABSTRACT
In paper and cellulose manufacture, optimum process conditions such as temperature, pH and nutrients should be monitored for growth of microorganisms. To prevent the proliferation of these microorganisms chlorine dioxide (ClO2) is used as a biocide, presenting excellent resultswhen compared to other sanitizing agents. Although chlorine gas is less expensive, the overall cost of treatment with ClO2 is generally lower because of its better efficiency. The objective of this work was to simulate the ClO2 generation process developed in a process simulator in order to evaluate the kinetics of the reaction, the optimum dosage for effective disinfection, to evaluate the residual ClO2 and the efficiency of the generation plant. The commercial process simulator SuperPro Designer v9.0 was used and for the development of the flowchart of the process acontinuous stirred tank reactor (CSTR) was considered. The results obtained with the simulation were satisfactory reaching 95% efficiency and corroborate the experimental data. The results also showed that the indicated dosage for disinfection of the reaction medium without attacking the pipes and clothing was reached.
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Deboçam et al. (2019) Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando dipropilenoglicol.

Introdução
O ramo de papel e celulose no Brasil é uma área bastante competitiva, fruto da alta produtividade da atividade florestal, derivada de décadas de investimentos intensivos em pesquisa e desenvolvimento, assim como das condições edafoclimáticas do Brasil. Entre os anos de 1970-2013, houve um aumento da produção brasileira de celulose cerca de 7,1% ao ano, onde consequentemente refletiu na produção de papel, com uma taxa de 5,4% ao ano, colocando o Brasil como um dos maiores produtores de celulose no mundo (IBÁ, 2015).
Há um grande consumo de matérias-primas orgânicas na indústria papeleira, dentre elas podemos citar como exemplo a celulose que é consumida no processo numa média de 80% em receita e também de água, para diluição das massas de matéria-prima ou para diluente de seus efluentes, aproximadamente 12.000 litros para cada tonelada de papel é consumida,o que coloca o Brasil em uma escala favorável para a produção de papel e celulose, uma vez que as reservas brasileiras favorecem isso (CABRAL, 2016).
O meio reacional da fabricação de papel é propício para o desenvolvimento de microrganismos levando em consideração a temperatura, pH e nutrientes orgânicos, ambiente ao qual as bactérias podem se multiplicar facilmente, onde há um grande interesse do uso de mecanismos que possam inibir a proliferação desses, uma vez que, as bactérias são um dos fatores desfavoráveis no processo de produção de papel.O cloro apresenta baixa estabilidade e possui função biocida somente em pH ácido devido a sua faixa de aplicação a pH < 7.0, quando no processo de fabricação de papel o meio reacional apresenta uma faixa de pH entre 6.0 a 9.0,nessas condições não tem ação biocida efetiva, outro ponto importante, é o fato da hidrólise de fibras sintéticas de poliamida (matéria-prima de telas formadoras e feltros úmidos) devido a geração do íon cloreto favorecendo o ataque químico de vestimentas reduzindo sua vida útil, conforme a Figura 1 (ROBUSTI et al., 2015).



Figura 1. Representação da tela formadora que sofreu hidrólise nas fibras de poliamida.




Hidrólise da tela formadora






Fonte: Os autores.

Todavia o uso do hipoclorito e de outros sais de cloro considerados os primeiros quando se trata da formação de cloraminas orgânicas tem se tornado uma grande preocupação, pois a interação do cloro com a matéria orgânica do meio produz subprodutos da desinfecção, entre eles ostrihalometanos (THMs), presumidos como carcinogênicos, sendo assim, há um estímulo na procura por um desinfetante alternativo, passando-se a investigar o dióxido de cloro (ClO2) (BAIRD, 2001).
A descoberta do dióxido de cloro (ClO2) foi feita por Sir Humphrey Davy em 1811, acidificando clorato de potássio com ácido sulfúrico e por fim, produzindo um gás verde-amarelo vindo a chamar-lhe “euchlorine”(SHIN & JUNG, 2006).
O dióxido de cloro é um gás à temperatura ambiente, pois não sofre qualquer alteração com as variações de temperatura atmosféricas, além disso, é um forte agente oxidante, que geralmente, reage por meio da transferência de elétrons operando na membrana celular, desidratando, penetrando,oxidando internamente a célula microbiana sem causar ação tóxica como ocorre na maioria dos compostos de cloro(FELKEY, 2003).
Destaca-setambém que é eficaz com os microrganismos gram negativos e gram positivos. Os compostos fenólicos são hidrolisados e assim há a diminuição da formação de sabores e odores anormais. Outro fator importante é a sua ação esporicida e sanitizante que se dá em menores concentrações de cloro, que é consequência de ser solúvel em óleos e soluções de composição mistas como, por exemplo, células de bactérias e vírus, onde as membranas penetram facilmente, diferentes de outras substâncias polares. Recentemente, vários trabalhos com o dióxido de cloro foram realizados em diferentes países (RASH, 2003).
Com isso observa-se a necessidade que sejam desenvolvidas rotas tecnológicas visando à produção de dióxido de cloro.
Os simuladores de processos são ferramentas indispensáveis nos estudos e no planejamento de projetos, assim como em processos já em operação, permitindo prever as condições do processo produtivo.
O SuperPro Designer, fornece dimensionamento de equipamentos, cálculo de custos, avaliação econômica, balanços de massa e energia, por isso, este software foi escolhido para a simulação e um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR) foi proposto (INTELLIGEN, INC.).

Materiais e Métodos
Para a simulação da geração do Dióxido de Cloro um reator do tipo CSTR (continuousstirred-tankreactor) foi desenvolvido no simulador de processos, como pode ser visualizado na figura 2.Asvariáveis de processo analisadas foram fluxo mássicoe vazão de alimentaçãobaseadas na reação conforme equação 1.
(2NaClO3+ H2O2) + H2SO42ClO2 + O2 + Na2SO4 + 2H2O(1)
Onde: NaClO3 = Clorato de Sódio, H2O2 = Peróxido de Hidrogênio, H2SO4 = Ácido Sulfúrico, ClO2 = Dióxido de Cloro, O2 = Oxigênio, Na2SO4 = Sulfato de Sódio e H2O = Água.
Figura 2. Representação esquemática da produção de dióxido de cloro no reator do tipo CSTR.










Fonte -SuperPro Designer v9.0.


Para reatores do tipo CSTR o SuperPro Designer conta com uma ferramenta que propõe o fluxo mássico da alimentação do processo. Esse fluxo foi calculado através da equação 2.



Onde? é a ordem da reação,k é a constante cinética, K1 e K2 são constantes de inibição em kmol/m3e Ci é a concentração da espécie i. ATabela 1 apresenta as condições de alimentação do reator:

Tabela 1. Fluxos mássicos da alimentação proposta pelo SuperProDesigner

Fonte própria

Nesse cenário, operou-se o reator a uma temperatura de 323,15 K e uma pressão de 100KPa.Tendo como base, o balanço estequiométrico da reação, que é representado na tabela 2.

Tabela 2. Balanço estequiométrico da reação proposto pelo SuperPro Designer

Fonte-(Adaptado) SuperPro Designer v9.0.

Para a realização do balanço de massa, foram definidos os reagentes sendo o fluxo de entrada e o fluxo de saída o produto dióxido de cloro.


Resultados e Discussões
A solução aquosa de dióxido de cloro produzida está substancialmente livre de ácido cloroso e de preferência está livre de outros subprodutos, tais como cloreto de sódio e cloro livre.A tabela 3 representa as correntes da saída do sistema.
Tabela 3. Fluxo mássico da saída do reator CSTR
Fonte - (Adaptado) Relatório do SuperPro Designer v9.0.

Para fins de comparação, analisou-seos resultados experimentais obtidos por uma planta de processo de produção de dióxido de cloro in siterepresentada na figura 3.

Figura 3. Representação da planta de produção do dióxido de cloro.

Fonte - arquivo da empresa em estudo

A solução aquosa de clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe o ácido sulfúrico são bombeadas separadamente através de bombas dosadoras eletromagnéticas e misturadas em um reator onde é gerado o gás ClO2. No topo do gerador existe um ejetor por onde passa a água industrial e forma-se um vácuo, esse vácuo que é gerado pela passagem de água de arraste no ejetor faz com que o ClO2 seja solubilizado na água e removido do reator. A solução de ClO2 então é aplicada em diversos pontos do processo de fabricação de papel.Na prática, o que é observado, é uma solução líquida amarela.A planta geradora possui sistemas de alarme e na hipótese de falta de água ou a bomba de água não funcionar, o vácuo não é gerado, logo o equipamento é desligado.Em caso da falta do componente A ou ácido, ou as respectivas bombas não funcionarem, o vácuo formado será maior comparado à produção normal e o equipamento será desligado.A planta em análise, opera a uma vazão de alimentação de 23,2 mL/min, composta de uma mistura aquosade clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe 23,6 mL/min de H2SO4 (ácido sulfúrico), produzindo 0,49 kg/h de ClO2à -520,9 mmHg de vácuo conforme figura 4.

Figura 4. Fluxograma da produção do dióxido de cloro.
Fonte: Os autores.

Nessas condições de operação para avaliar a eficiência da planta calculou-se a concentração teórica e concentração medida. Com os dados obtidos o processo de geração foi avaliado em termos de eficiência (%) calculada a partir da Equação 3.



Os resultados obtidos após a simulação indicaram uma eficiência de 95% na produção de dióxido de cloro. Este valor atende as expectativas visto que a planta geradora in site da empresa em estudo apresentou uma eficiência de 97%. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos da planta geradora da empresa.

Tabela 4. Resultados obtidos para cálculo da eficiência da planta geradora
Fonte - Empresa em estudo

Tendo em vista a eficiência da produção de dióxido de cloro, baseado em dados fornecidos pela empresa, a dosagem do ClO2kg/Tde papel produzidovs o seu residual (ppm) em valores acima de 0,5 ppm (concentração estabelecida após análises laboratoriais) afeta as tubulações e vestimentas com ataques químicos, desta forma foram realizados testes com dosagens diferentes. Analisando os fluxos de 0,09e 0,08 kg/Tobservou-seinstabilidade e valores acima da tolerância. Considerando a análise do residual, após correção da dosagem para 0,07 kg/T de papel produzido na planta geradora, os valores do residual de ClO2apresentaram-seestabilidade dentro da faixa de tolerância que é de 0,05 a 0,5 ppm conforme carta de controle apresentadano gráfico 1. Obteve-se assim aconcentraçãoótima de dióxido de cloro para promover a desinfecção através da oxidação.Em relação ao controle da dosagem ótima de 0,07 kg deClO2/T de papel produzido, o gerador oferece informações de vazão volumétrica da solução, taxa de geração que são monitorados pela sala de controle, garantindo um processo estável de geração não excedendo o valor preestabelecido após estudos.

Gráfico 1. Representação gráfica da dosagem de ClO2vs residual de ClO2 no processo de fabricação de papel










Fonte - (Adaptado) Minitab®
Considerando a sua ação rápida e suas propriedades de oxidação seletiva, o dióxido de cloro é capaz de reduzir a atividade microbiológica de modo significativo, rápida e eficientemente, a uma taxa de alimentação menor do que os biocidas oxidantes tradicionais. O controle microbiológico é obtido com o uso de menos dióxido de cloro e as taxas de corrosão são reduzidas.


Conclusão
De acordo com os resultados obtidos a partir do simulador de processos SuperPro Designer, foi possível prever a eficiência da planta geradora e após experimentos realizados na empresa em estudo, concluiu-se que foi possível obter a dosagem ideal de dióxido de cloro para o processo de fabricação, alcançando a expectativa e permitindo avaliar que é possível maximizar lucros reduzindo os custos com manutenções de tubulações, compra de novas vestimentas e perda de papel na fabricação. Na simulação, os resultados encontrados corroboram que o processo de geração de ClO2 na indústria de papel pode gerar melhorias ao processo, aumentando a eficiência da planta, além de minimizar impactos ao processo produtivo.O estudo da simulação de processo, permitiu concluir que os Softwares comerciais desenvolvidos para simulação facilitam a modelagem do sistema, permitem prever alterações e melhorias que podem ser feitas nas variáveis, otimizando o processo.

Referências
BAIRD, Colin. Química ambiental. Reverté, 2001.
FELKEY, K. D. et al. Optimizationofchlorinetreatmentsandtheeffectsonsurvivalof Salmonella spp. OntoMatosurfaces. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P212, p. 132
IBÁ - Indústria Brasileira de Árvores. Relatório IBÁ 2015. Brasília, 2015.
INTELLIGEN, INC. Superpro designer®. Disponível em: <http://www.intelligen.com/superpro_overview.html>. Acesso em: 31 out. 2018.
RASH, V. A. Physicalandchemicaltreatments for controlof Salmonella oncataloperiods. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P240, p. 142.
ROBUSTI, et al. Papel. 1 ed. São Paulo - SESI SENAI Editora, 2015. 566 p. ISBN: ISBN 978-85-8393-930-6
SHIN, Ho-Sang; JUNG, Dong-Gyun. Determinationofchlorinedioxide in waterbygaschromatography–massspectrometry. Journal of Chromatography A, v. 1123, n. 1, p. 92-97, 2006.
_______________________________________________________________________

Dados entrada do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Clorato de Sódio 5,78333 . 10-6
Peróxido de Hidrogênio 5,78333 . 10-6
Ácido Sulfúrico 5,88333 . 10-6

Reagentes   Produtos
Componente Coeficiente   Componente Coeficiente
Clorato de Sódio 212,882   Dióxido de Cloro 143,903
Peróxido de Hidrogênio 34,014   Oxigênio 31,99
Ácido Sulfúrico 98,073   Sulfato de Sódio 142,037
Total 344,969   Água 36,039
      Total 344,969

Saída do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Dióxido de Cloro 0,00012627
Oxigênio 6,26944 . 10-5
Sulfato de Sódio 8,79722 . 10-5
Água 5,55277 . 10-5

Concentração teórica Concentração medida Eficiência
(ppm) (ppm

---

Arquivo de entrada: 17 Engenharia de Operações e Processos - Ferreira et al.docx (2221 termos)
Arquivo encontrado: https://www.lenntech.com/processes/disinfection/chemical/disinfectants-chlorine-dioxide.htm (3554 termos)

Termos comuns: 9
Similaridade: 0,15%


Simulação do Processo de Geração do CLO2 em uma Indústria de Fabricação de Papel
Simulation of the CLO2 Generation Process in a Paper Manufacturing Industry
Samantha Cardoso Ferreira1*, Hídila Souza Teixeira da Silva2, Elisa Barbosa Marra3, Marcela Galdino de Freitas4, Luis Felipe Caramez Berteges5, Cristiane de Souza Siqueira Pereira6

1 2 3 6 Curso de Engenharia Química da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
4 Departamento de Engenharia Química da UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil,
5 Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
*samanthacardoso2010@bol.com.br

Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE/index
ARTIGO ORIGINAL

OPEN ACCESS

Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engeneering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. 5, N.º 1, p. aa-bb. (2019). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
ARTIGO INFO.
Recebido em: 12/11/2018
Aprovado em: 14/11/2018
Disponibilizado em:
Palavras-chave:
ProsimPlus; Destilação; dipropilenoglicol.
Keywords:
ProsimPlus; Distillation; Dipropylene Glycol.

Copyright © 2018, Ferreira et al. Esta obra está sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso.
*Autor Correspondente: Samantha Cardoso Ferreira

RESUMO

Citação
(APA):
Deboçam

et
al. (2019)
Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando
dipropilenoglicol
.

Brazilian

Journal

of

Production

Engineering
,
5
(1):
116-128. Na fabricação do papel e da celulose as condições ótimas de processo tais como temperatura, pH e nutrientes devem ser monitoradas para crescimento de microrganismos. Para impedir a proliferação destes microrganismos o dióxido de cloro (ClO2) é utilizado como biocida, apresentando excelentes resultados quando comparado a outros agentes sanitizantes. Embora o cloro gasoso seja menos oneroso, o custo geral do tratamento com ClO2 geralmente é menor, devido à sua melhor eficiência. Objetivou-se no presente trabalho a simulação do processo de geração do ClO2 desenvolvida em um simulador de processos a fim de avaliar a eficiência da planta geradora de ClO2. Foi utilizado o simulador de processos comercial SuperProDesigner v9.0 e para desenvolvimento do fluxograma do processo considerou-se um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR). Os resultados obtidos com a simulação foram satisfatórios alcançando-se 95% de eficiência e corroboram os dados experimentais. Os resultados obtidos mostraram também que a dosagem indicada para desinfecção do meio reacional sem agredir as tubulações e vestimentas foi alcançada.

ABSTRACT
In paper and cellulose manufacture, optimum process conditions such as temperature, pH and nutrients should be monitored for growth of microorganisms. To prevent the proliferation of these microorganisms chlorine dioxide (ClO2) is used as a biocide, presenting excellent resultswhen compared to other sanitizing agents. Although chlorine gas is less expensive, the overall cost of treatment with ClO2 is generally lower because of its better efficiency. The objective of this work was to simulate the ClO2 generation process developed in a process simulator in order to evaluate the kinetics of the reaction, the optimum dosage for effective disinfection, to evaluate the residual ClO2 and the efficiency of the generation plant. The commercial process simulator SuperPro Designer v9.0 was used and for the development of the flowchart of the process acontinuous stirred tank reactor (CSTR) was considered. The results obtained with the simulation were satisfactory reaching 95% efficiency and corroborate the experimental data. The results also showed that the indicated dosage for disinfection of the reaction medium without attacking the pipes and clothing was reached.
8

6
- 3 -
Deboçam et al. (2019) Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando dipropilenoglicol.

Introdução
O ramo de papel e celulose no Brasil é uma área bastante competitiva, fruto da alta produtividade da atividade florestal, derivada de décadas de investimentos intensivos em pesquisa e desenvolvimento, assim como das condições edafoclimáticas do Brasil. Entre os anos de 1970-2013, houve um aumento da produção brasileira de celulose cerca de 7,1% ao ano, onde consequentemente refletiu na produção de papel, com uma taxa de 5,4% ao ano, colocando o Brasil como um dos maiores produtores de celulose no mundo (IBÁ, 2015).
Há um grande consumo de matérias-primas orgânicas na indústria papeleira, dentre elas podemos citar como exemplo a celulose que é consumida no processo numa média de 80% em receita e também de água, para diluição das massas de matéria-prima ou para diluente de seus efluentes, aproximadamente 12.000 litros para cada tonelada de papel é consumida,o que coloca o Brasil em uma escala favorável para a produção de papel e celulose, uma vez que as reservas brasileiras favorecem isso (CABRAL, 2016).
O meio reacional da fabricação de papel é propício para o desenvolvimento de microrganismos levando em consideração a temperatura, pH e nutrientes orgânicos, ambiente ao qual as bactérias podem se multiplicar facilmente, onde há um grande interesse do uso de mecanismos que possam inibir a proliferação desses, uma vez que, as bactérias são um dos fatores desfavoráveis no processo de produção de papel.O cloro apresenta baixa estabilidade e possui função biocida somente em pH ácido devido a sua faixa de aplicação a pH < 7.0, quando no processo de fabricação de papel o meio reacional apresenta uma faixa de pH entre 6.0 a 9.0,nessas condições não tem ação biocida efetiva, outro ponto importante, é o fato da hidrólise de fibras sintéticas de poliamida (matéria-prima de telas formadoras e feltros úmidos) devido a geração do íon cloreto favorecendo o ataque químico de vestimentas reduzindo sua vida útil, conforme a Figura 1 (ROBUSTI et al., 2015).



Figura 1. Representação da tela formadora que sofreu hidrólise nas fibras de poliamida.




Hidrólise da tela formadora






Fonte: Os autores.

Todavia o uso do hipoclorito e de outros sais de cloro considerados os primeiros quando se trata da formação de cloraminas orgânicas tem se tornado uma grande preocupação, pois a interação do cloro com a matéria orgânica do meio produz subprodutos da desinfecção, entre eles ostrihalometanos (THMs), presumidos como carcinogênicos, sendo assim, há um estímulo na procura por um desinfetante alternativo, passando-se a investigar o dióxido de cloro (ClO2) (BAIRD, 2001).
A descoberta do dióxido de cloro (ClO2) foi feita por Sir Humphrey Davy em 1811, acidificando clorato de potássio com ácido sulfúrico e por fim, produzindo um gás verde-amarelo vindo a chamar-lhe “euchlorine”(SHIN & JUNG, 2006).
O dióxido de cloro é um gás à temperatura ambiente, pois não sofre qualquer alteração com as variações de temperatura atmosféricas, além disso, é um forte agente oxidante, que geralmente, reage por meio da transferência de elétrons operando na membrana celular, desidratando, penetrando,oxidando internamente a célula microbiana sem causar ação tóxica como ocorre na maioria dos compostos de cloro(FELKEY, 2003).
Destaca-setambém que é eficaz com os microrganismos gram negativos e gram positivos. Os compostos fenólicos são hidrolisados e assim há a diminuição da formação de sabores e odores anormais. Outro fator importante é a sua ação esporicida e sanitizante que se dá em menores concentrações de cloro, que é consequência de ser solúvel em óleos e soluções de composição mistas como, por exemplo, células de bactérias e vírus, onde as membranas penetram facilmente, diferentes de outras substâncias polares. Recentemente, vários trabalhos com o dióxido de cloro foram realizados em diferentes países (RASH, 2003).
Com isso observa-se a necessidade que sejam desenvolvidas rotas tecnológicas visando à produção de dióxido de cloro.
Os simuladores de processos são ferramentas indispensáveis nos estudos e no planejamento de projetos, assim como em processos já em operação, permitindo prever as condições do processo produtivo.
O SuperPro Designer, fornece dimensionamento de equipamentos, cálculo de custos, avaliação econômica, balanços de massa e energia, por isso, este software foi escolhido para a simulação e um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR) foi proposto (INTELLIGEN, INC.).

Materiais e Métodos
Para a simulação da geração do Dióxido de Cloro um reator do tipo CSTR (continuousstirred-tankreactor) foi desenvolvido no simulador de processos, como pode ser visualizado na figura 2.Asvariáveis de processo analisadas foram fluxo mássicoe vazão de alimentaçãobaseadas na reação conforme equação 1.
(2NaClO3+ H2O2) + H2SO42ClO2 + O2 + Na2SO4 + 2H2O(1)
Onde: NaClO3 = Clorato de Sódio, H2O2 = Peróxido de Hidrogênio, H2SO4 = Ácido Sulfúrico, ClO2 = Dióxido de Cloro, O2 = Oxigênio, Na2SO4 = Sulfato de Sódio e H2O = Água.
Figura 2. Representação esquemática da produção de dióxido de cloro no reator do tipo CSTR.










Fonte -SuperPro Designer v9.0.


Para reatores do tipo CSTR o SuperPro Designer conta com uma ferramenta que propõe o fluxo mássico da alimentação do processo. Esse fluxo foi calculado através da equação 2.



Onde? é a ordem da reação,k é a constante cinética, K1 e K2 são constantes de inibição em kmol/m3e Ci é a concentração da espécie i. ATabela 1 apresenta as condições de alimentação do reator:

Tabela 1. Fluxos mássicos da alimentação proposta pelo SuperProDesigner

Fonte própria

Nesse cenário, operou-se o reator a uma temperatura de 323,15 K e uma pressão de 100KPa.Tendo como base, o balanço estequiométrico da reação, que é representado na tabela 2.

Tabela 2. Balanço estequiométrico da reação proposto pelo SuperPro Designer

Fonte-(Adaptado) SuperPro Designer v9.0.

Para a realização do balanço de massa, foram definidos os reagentes sendo o fluxo de entrada e o fluxo de saída o produto dióxido de cloro.


Resultados e Discussões
A solução aquosa de dióxido de cloro produzida está substancialmente livre de ácido cloroso e de preferência está livre de outros subprodutos, tais como cloreto de sódio e cloro livre.A tabela 3 representa as correntes da saída do sistema.
Tabela 3. Fluxo mássico da saída do reator CSTR
Fonte - (Adaptado) Relatório do SuperPro Designer v9.0.

Para fins de comparação, analisou-seos resultados experimentais obtidos por uma planta de processo de produção de dióxido de cloro in siterepresentada na figura 3.

Figura 3. Representação da planta de produção do dióxido de cloro.

Fonte - arquivo da empresa em estudo

A solução aquosa de clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe o ácido sulfúrico são bombeadas separadamente através de bombas dosadoras eletromagnéticas e misturadas em um reator onde é gerado o gás ClO2. No topo do gerador existe um ejetor por onde passa a água industrial e forma-se um vácuo, esse vácuo que é gerado pela passagem de água de arraste no ejetor faz com que o ClO2 seja solubilizado na água e removido do reator. A solução de ClO2 então é aplicada em diversos pontos do processo de fabricação de papel.Na prática, o que é observado, é uma solução líquida amarela.A planta geradora possui sistemas de alarme e na hipótese de falta de água ou a bomba de água não funcionar, o vácuo não é gerado, logo o equipamento é desligado.Em caso da falta do componente A ou ácido, ou as respectivas bombas não funcionarem, o vácuo formado será maior comparado à produção normal e o equipamento será desligado.A planta em análise, opera a uma vazão de alimentação de 23,2 mL/min, composta de uma mistura aquosade clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe 23,6 mL/min de H2SO4 (ácido sulfúrico), produzindo 0,49 kg/h de ClO2à -520,9 mmHg de vácuo conforme figura 4.

Figura 4. Fluxograma da produção do dióxido de cloro.
Fonte: Os autores.

Nessas condições de operação para avaliar a eficiência da planta calculou-se a concentração teórica e concentração medida. Com os dados obtidos o processo de geração foi avaliado em termos de eficiência (%) calculada a partir da Equação 3.



Os resultados obtidos após a simulação indicaram uma eficiência de 95% na produção de dióxido de cloro. Este valor atende as expectativas visto que a planta geradora in site da empresa em estudo apresentou uma eficiência de 97%. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos da planta geradora da empresa.

Tabela 4. Resultados obtidos para cálculo da eficiência da planta geradora
Fonte - Empresa em estudo

Tendo em vista a eficiência da produção de dióxido de cloro, baseado em dados fornecidos pela empresa, a dosagem do ClO2kg/Tde papel produzidovs o seu residual (ppm) em valores acima de 0,5 ppm (concentração estabelecida após análises laboratoriais) afeta as tubulações e vestimentas com ataques químicos, desta forma foram realizados testes com dosagens diferentes. Analisando os fluxos de 0,09e 0,08 kg/Tobservou-seinstabilidade e valores acima da tolerância. Considerando a análise do residual, após correção da dosagem para 0,07 kg/T de papel produzido na planta geradora, os valores do residual de ClO2apresentaram-seestabilidade dentro da faixa de tolerância que é de 0,05 a 0,5 ppm conforme carta de controle apresentadano gráfico 1. Obteve-se assim aconcentraçãoótima de dióxido de cloro para promover a desinfecção através da oxidação.Em relação ao controle da dosagem ótima de 0,07 kg deClO2/T de papel produzido, o gerador oferece informações de vazão volumétrica da solução, taxa de geração que são monitorados pela sala de controle, garantindo um processo estável de geração não excedendo o valor preestabelecido após estudos.

Gráfico 1. Representação gráfica da dosagem de ClO2vs residual de ClO2 no processo de fabricação de papel










Fonte - (Adaptado) Minitab®
Considerando a sua ação rápida e suas propriedades de oxidação seletiva, o dióxido de cloro é capaz de reduzir a atividade microbiológica de modo significativo, rápida e eficientemente, a uma taxa de alimentação menor do que os biocidas oxidantes tradicionais. O controle microbiológico é obtido com o uso de menos dióxido de cloro e as taxas de corrosão são reduzidas.


Conclusão
De acordo com os resultados obtidos a partir do simulador de processos SuperPro Designer, foi possível prever a eficiência da planta geradora e após experimentos realizados na empresa em estudo, concluiu-se que foi possível obter a dosagem ideal de dióxido de cloro para o processo de fabricação, alcançando a expectativa e permitindo avaliar que é possível maximizar lucros reduzindo os custos com manutenções de tubulações, compra de novas vestimentas e perda de papel na fabricação. Na simulação, os resultados encontrados corroboram que o processo de geração de ClO2 na indústria de papel pode gerar melhorias ao processo, aumentando a eficiência da planta, além de minimizar impactos ao processo produtivo.O estudo da simulação de processo, permitiu concluir que os Softwares comerciais desenvolvidos para simulação facilitam a modelagem do sistema, permitem prever alterações e melhorias que podem ser feitas nas variáveis, otimizando o processo.

Referências
BAIRD, Colin. Química ambiental. Reverté, 2001.
FELKEY, K. D. et al. Optimizationofchlorinetreatmentsandtheeffectsonsurvivalof Salmonella spp. OntoMatosurfaces. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P212, p. 132
IBÁ - Indústria Brasileira de Árvores. Relatório IBÁ 2015. Brasília, 2015.
INTELLIGEN, INC. Superpro designer®. Disponível em: <http://www.intelligen.com/superpro_overview.html>. Acesso em: 31 out. 2018.
RASH, V. A. Physicalandchemicaltreatments for controlof Salmonella oncataloperiods. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P240, p. 142.
ROBUSTI, et al. Papel. 1 ed. São Paulo - SESI SENAI Editora, 2015. 566 p. ISBN: ISBN 978-85-8393-930-6
SHIN, Ho-Sang; JUNG, Dong-Gyun. Determinationofchlorinedioxide in waterbygaschromatography–massspectrometry. Journal of Chromatography A, v. 1123, n. 1, p. 92-97, 2006.
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Dados entrada do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Clorato de Sódio 5,78333 . 10-6
Peróxido de Hidrogênio 5,78333 . 10-6
Ácido Sulfúrico 5,88333 . 10-6

Reagentes   Produtos
Componente Coeficiente   Componente Coeficiente
Clorato de Sódio 212,882   Dióxido de Cloro 143,903
Peróxido de Hidrogênio 34,014   Oxigênio 31,99
Ácido Sulfúrico 98,073   Sulfato de Sódio 142,037
Total 344,969   Água 36,039
      Total 344,969

Saída do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Dióxido de Cloro 0,00012627
Oxigênio 6,26944 . 10-5
Sulfato de Sódio 8,79722 . 10-5
Água 5,55277 . 10-5

Concentração teórica Concentração medida Eficiência
(ppm) (ppm

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Simulação do Processo de Geração do CLO2 em uma Indústria de Fabricação de Papel
Simulation of the CLO2 Generation Process in a Paper Manufacturing Industry
Samantha Cardoso Ferreira1*, Hídila Souza Teixeira da Silva2, Elisa Barbosa Marra3, Marcela Galdino de Freitas4, Luis Felipe Caramez Berteges5, Cristiane de Souza Siqueira Pereira6

1 2 3 6 Curso de Engenharia Química da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
4 Departamento de Engenharia Química da UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil,
5 Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
*samanthacardoso2010@bol.com.br

Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE/index
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OPEN ACCESS

Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engeneering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. 5, N.º 1, p. aa-bb. (2019). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
ARTIGO INFO.
Recebido em: 12/11/2018
Aprovado em: 14/11/2018
Disponibilizado em:
Palavras-chave:
ProsimPlus; Destilação; dipropilenoglicol.
Keywords:
ProsimPlus; Distillation; Dipropylene Glycol.

Copyright © 2018, Ferreira et al. Esta obra está sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso.
*Autor Correspondente: Samantha Cardoso Ferreira

RESUMO

Citação
(APA):
Deboçam

et
al. (2019)
Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando
dipropilenoglicol
.

Brazilian

Journal

of

Production

Engineering
,
5
(1):
116-128. Na fabricação do papel e da celulose as condições ótimas de processo tais como temperatura, pH e nutrientes devem ser monitoradas para crescimento de microrganismos. Para impedir a proliferação destes microrganismos o dióxido de cloro (ClO2) é utilizado como biocida, apresentando excelentes resultados quando comparado a outros agentes sanitizantes. Embora o cloro gasoso seja menos oneroso, o custo geral do tratamento com ClO2 geralmente é menor, devido à sua melhor eficiência. Objetivou-se no presente trabalho a simulação do processo de geração do ClO2 desenvolvida em um simulador de processos a fim de avaliar a eficiência da planta geradora de ClO2. Foi utilizado o simulador de processos comercial SuperProDesigner v9.0 e para desenvolvimento do fluxograma do processo considerou-se um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR). Os resultados obtidos com a simulação foram satisfatórios alcançando-se 95% de eficiência e corroboram os dados experimentais. Os resultados obtidos mostraram também que a dosagem indicada para desinfecção do meio reacional sem agredir as tubulações e vestimentas foi alcançada.

ABSTRACT
In paper and cellulose manufacture, optimum process conditions such as temperature, pH and nutrients should be monitored for growth of microorganisms. To prevent the proliferation of these microorganisms chlorine dioxide (ClO2) is used as a biocide, presenting excellent resultswhen compared to other sanitizing agents. Although chlorine gas is less expensive, the overall cost of treatment with ClO2 is generally lower because of its better efficiency. The objective of this work was to simulate the ClO2 generation process developed in a process simulator in order to evaluate the kinetics of the reaction, the optimum dosage for effective disinfection, to evaluate the residual ClO2 and the efficiency of the generation plant. The commercial process simulator SuperPro Designer v9.0 was used and for the development of the flowchart of the process acontinuous stirred tank reactor (CSTR) was considered. The results obtained with the simulation were satisfactory reaching 95% efficiency and corroborate the experimental data. The results also showed that the indicated dosage for disinfection of the reaction medium without attacking the pipes and clothing was reached.
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Deboçam et al. (2019) Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando dipropilenoglicol.

Introdução
O ramo de papel e celulose no Brasil é uma área bastante competitiva, fruto da alta produtividade da atividade florestal, derivada de décadas de investimentos intensivos em pesquisa e desenvolvimento, assim como das condições edafoclimáticas do Brasil. Entre os anos de 1970-2013, houve um aumento da produção brasileira de celulose cerca de 7,1% ao ano, onde consequentemente refletiu na produção de papel, com uma taxa de 5,4% ao ano, colocando o Brasil como um dos maiores produtores de celulose no mundo (IBÁ, 2015).
Há um grande consumo de matérias-primas orgânicas na indústria papeleira, dentre elas podemos citar como exemplo a celulose que é consumida no processo numa média de 80% em receita e também de água, para diluição das massas de matéria-prima ou para diluente de seus efluentes, aproximadamente 12.000 litros para cada tonelada de papel é consumida,o que coloca o Brasil em uma escala favorável para a produção de papel e celulose, uma vez que as reservas brasileiras favorecem isso (CABRAL, 2016).
O meio reacional da fabricação de papel é propício para o desenvolvimento de microrganismos levando em consideração a temperatura, pH e nutrientes orgânicos, ambiente ao qual as bactérias podem se multiplicar facilmente, onde há um grande interesse do uso de mecanismos que possam inibir a proliferação desses, uma vez que, as bactérias são um dos fatores desfavoráveis no processo de produção de papel.O cloro apresenta baixa estabilidade e possui função biocida somente em pH ácido devido a sua faixa de aplicação a pH < 7.0, quando no processo de fabricação de papel o meio reacional apresenta uma faixa de pH entre 6.0 a 9.0,nessas condições não tem ação biocida efetiva, outro ponto importante, é o fato da hidrólise de fibras sintéticas de poliamida (matéria-prima de telas formadoras e feltros úmidos) devido a geração do íon cloreto favorecendo o ataque químico de vestimentas reduzindo sua vida útil, conforme a Figura 1 (ROBUSTI et al., 2015).



Figura 1. Representação da tela formadora que sofreu hidrólise nas fibras de poliamida.




Hidrólise da tela formadora






Fonte: Os autores.

Todavia o uso do hipoclorito e de outros sais de cloro considerados os primeiros quando se trata da formação de cloraminas orgânicas tem se tornado uma grande preocupação, pois a interação do cloro com a matéria orgânica do meio produz subprodutos da desinfecção, entre eles ostrihalometanos (THMs), presumidos como carcinogênicos, sendo assim, há um estímulo na procura por um desinfetante alternativo, passando-se a investigar o dióxido de cloro (ClO2) (BAIRD, 2001).
A descoberta do dióxido de cloro (ClO2) foi feita por Sir Humphrey Davy em 1811, acidificando clorato de potássio com ácido sulfúrico e por fim, produzindo um gás verde-amarelo vindo a chamar-lhe “euchlorine”(SHIN & JUNG, 2006).
O dióxido de cloro é um gás à temperatura ambiente, pois não sofre qualquer alteração com as variações de temperatura atmosféricas, além disso, é um forte agente oxidante, que geralmente, reage por meio da transferência de elétrons operando na membrana celular, desidratando, penetrando,oxidando internamente a célula microbiana sem causar ação tóxica como ocorre na maioria dos compostos de cloro(FELKEY, 2003).
Destaca-setambém que é eficaz com os microrganismos gram negativos e gram positivos. Os compostos fenólicos são hidrolisados e assim há a diminuição da formação de sabores e odores anormais. Outro fator importante é a sua ação esporicida e sanitizante que se dá em menores concentrações de cloro, que é consequência de ser solúvel em óleos e soluções de composição mistas como, por exemplo, células de bactérias e vírus, onde as membranas penetram facilmente, diferentes de outras substâncias polares. Recentemente, vários trabalhos com o dióxido de cloro foram realizados em diferentes países (RASH, 2003).
Com isso observa-se a necessidade que sejam desenvolvidas rotas tecnológicas visando à produção de dióxido de cloro.
Os simuladores de processos são ferramentas indispensáveis nos estudos e no planejamento de projetos, assim como em processos já em operação, permitindo prever as condições do processo produtivo.
O SuperPro Designer, fornece dimensionamento de equipamentos, cálculo de custos, avaliação econômica, balanços de massa e energia, por isso, este software foi escolhido para a simulação e um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR) foi proposto (INTELLIGEN, INC.).

Materiais e Métodos
Para a simulação da geração do Dióxido de Cloro um reator do tipo CSTR (continuousstirred-tankreactor) foi desenvolvido no simulador de processos, como pode ser visualizado na figura 2.Asvariáveis de processo analisadas foram fluxo mássicoe vazão de alimentaçãobaseadas na reação conforme equação 1.
(2NaClO3+ H2O2) + H2SO42ClO2 + O2 + Na2SO4 + 2H2O(1)
Onde: NaClO3 = Clorato de Sódio, H2O2 = Peróxido de Hidrogênio, H2SO4 = Ácido Sulfúrico, ClO2 = Dióxido de Cloro, O2 = Oxigênio, Na2SO4 = Sulfato de Sódio e H2O = Água.
Figura 2. Representação esquemática da produção de dióxido de cloro no reator do tipo CSTR.










Fonte -SuperPro Designer v9.0.


Para reatores do tipo CSTR o SuperPro Designer conta com uma ferramenta que propõe o fluxo mássico da alimentação do processo. Esse fluxo foi calculado através da equação 2.



Onde? é a ordem da reação,k é a constante cinética, K1 e K2 são constantes de inibição em kmol/m3e Ci é a concentração da espécie i. ATabela 1 apresenta as condições de alimentação do reator:

Tabela 1. Fluxos mássicos da alimentação proposta pelo SuperProDesigner

Fonte própria

Nesse cenário, operou-se o reator a uma temperatura de 323,15 K e uma pressão de 100KPa.Tendo como base, o balanço estequiométrico da reação, que é representado na tabela 2.

Tabela 2. Balanço estequiométrico da reação proposto pelo SuperPro Designer

Fonte-(Adaptado) SuperPro Designer v9.0.

Para a realização do balanço de massa, foram definidos os reagentes sendo o fluxo de entrada e o fluxo de saída o produto dióxido de cloro.


Resultados e Discussões
A solução aquosa de dióxido de cloro produzida está substancialmente livre de ácido cloroso e de preferência está livre de outros subprodutos, tais como cloreto de sódio e cloro livre.A tabela 3 representa as correntes da saída do sistema.
Tabela 3. Fluxo mássico da saída do reator CSTR
Fonte - (Adaptado) Relatório do SuperPro Designer v9.0.

Para fins de comparação, analisou-seos resultados experimentais obtidos por uma planta de processo de produção de dióxido de cloro in siterepresentada na figura 3.

Figura 3. Representação da planta de produção do dióxido de cloro.

Fonte - arquivo da empresa em estudo

A solução aquosa de clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe o ácido sulfúrico são bombeadas separadamente através de bombas dosadoras eletromagnéticas e misturadas em um reator onde é gerado o gás ClO2. No topo do gerador existe um ejetor por onde passa a água industrial e forma-se um vácuo, esse vácuo que é gerado pela passagem de água de arraste no ejetor faz com que o ClO2 seja solubilizado na água e removido do reator. A solução de ClO2 então é aplicada em diversos pontos do processo de fabricação de papel.Na prática, o que é observado, é uma solução líquida amarela.A planta geradora possui sistemas de alarme e na hipótese de falta de água ou a bomba de água não funcionar, o vácuo não é gerado, logo o equipamento é desligado.Em caso da falta do componente A ou ácido, ou as respectivas bombas não funcionarem, o vácuo formado será maior comparado à produção normal e o equipamento será desligado.A planta em análise, opera a uma vazão de alimentação de 23,2 mL/min, composta de uma mistura aquosade clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe 23,6 mL/min de H2SO4 (ácido sulfúrico), produzindo 0,49 kg/h de ClO2à -520,9 mmHg de vácuo conforme figura 4.

Figura 4. Fluxograma da produção do dióxido de cloro.
Fonte: Os autores.

Nessas condições de operação para avaliar a eficiência da planta calculou-se a concentração teórica e concentração medida. Com os dados obtidos o processo de geração foi avaliado em termos de eficiência (%) calculada a partir da Equação 3.



Os resultados obtidos após a simulação indicaram uma eficiência de 95% na produção de dióxido de cloro. Este valor atende as expectativas visto que a planta geradora in site da empresa em estudo apresentou uma eficiência de 97%. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos da planta geradora da empresa.

Tabela 4. Resultados obtidos para cálculo da eficiência da planta geradora
Fonte - Empresa em estudo

Tendo em vista a eficiência da produção de dióxido de cloro, baseado em dados fornecidos pela empresa, a dosagem do ClO2kg/Tde papel produzidovs o seu residual (ppm) em valores acima de 0,5 ppm (concentração estabelecida após análises laboratoriais) afeta as tubulações e vestimentas com ataques químicos, desta forma foram realizados testes com dosagens diferentes. Analisando os fluxos de 0,09e 0,08 kg/Tobservou-seinstabilidade e valores acima da tolerância. Considerando a análise do residual, após correção da dosagem para 0,07 kg/T de papel produzido na planta geradora, os valores do residual de ClO2apresentaram-seestabilidade dentro da faixa de tolerância que é de 0,05 a 0,5 ppm conforme carta de controle apresentadano gráfico 1. Obteve-se assim aconcentraçãoótima de dióxido de cloro para promover a desinfecção através da oxidação.Em relação ao controle da dosagem ótima de 0,07 kg deClO2/T de papel produzido, o gerador oferece informações de vazão volumétrica da solução, taxa de geração que são monitorados pela sala de controle, garantindo um processo estável de geração não excedendo o valor preestabelecido após estudos.

Gráfico 1. Representação gráfica da dosagem de ClO2vs residual de ClO2 no processo de fabricação de papel










Fonte - (Adaptado) Minitab®
Considerando a sua ação rápida e suas propriedades de oxidação seletiva, o dióxido de cloro é capaz de reduzir a atividade microbiológica de modo significativo, rápida e eficientemente, a uma taxa de alimentação menor do que os biocidas oxidantes tradicionais. O controle microbiológico é obtido com o uso de menos dióxido de cloro e as taxas de corrosão são reduzidas.


Conclusão
De acordo com os resultados obtidos a partir do simulador de processos SuperPro Designer, foi possível prever a eficiência da planta geradora e após experimentos realizados na empresa em estudo, concluiu-se que foi possível obter a dosagem ideal de dióxido de cloro para o processo de fabricação, alcançando a expectativa e permitindo avaliar que é possível maximizar lucros reduzindo os custos com manutenções de tubulações, compra de novas vestimentas e perda de papel na fabricação. Na simulação, os resultados encontrados corroboram que o processo de geração de ClO2 na indústria de papel pode gerar melhorias ao processo, aumentando a eficiência da planta, além de minimizar impactos ao processo produtivo.O estudo da simulação de processo, permitiu concluir que os Softwares comerciais desenvolvidos para simulação facilitam a modelagem do sistema, permitem prever alterações e melhorias que podem ser feitas nas variáveis, otimizando o processo.

Referências
BAIRD, Colin. Química ambiental. Reverté, 2001.
FELKEY, K. D. et al. Optimizationofchlorinetreatmentsandtheeffectsonsurvivalof Salmonella spp. OntoMatosurfaces. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P212, p. 132
IBÁ - Indústria Brasileira de Árvores. Relatório IBÁ 2015. Brasília, 2015.
INTELLIGEN, INC. Superpro designer®. Disponível em: <http://www.intelligen.com/superpro_overview.html>. Acesso em: 31 out. 2018.
RASH, V. A. Physicalandchemicaltreatments for controlof Salmonella oncataloperiods. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P240, p. 142.
ROBUSTI, et al. Papel. 1 ed. São Paulo - SESI SENAI Editora, 2015. 566 p. ISBN: ISBN 978-85-8393-930-6
SHIN, Ho-Sang; JUNG, Dong-Gyun. Determinationofchlorinedioxide in waterbygaschromatography–massspectrometry. Journal of Chromatography A, v. 1123, n. 1, p. 92-97, 2006.
_______________________________________________________________________

Dados entrada do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Clorato de Sódio 5,78333 . 10-6
Peróxido de Hidrogênio 5,78333 . 10-6
Ácido Sulfúrico 5,88333 . 10-6

Reagentes   Produtos
Componente Coeficiente   Componente Coeficiente
Clorato de Sódio 212,882   Dióxido de Cloro 143,903
Peróxido de Hidrogênio 34,014   Oxigênio 31,99
Ácido Sulfúrico 98,073   Sulfato de Sódio 142,037
Total 344,969   Água 36,039
      Total 344,969

Saída do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Dióxido de Cloro 0,00012627
Oxigênio 6,26944 . 10-5
Sulfato de Sódio 8,79722 . 10-5
Água 5,55277 . 10-5

Concentração teórica Concentração medida Eficiência
(ppm) (ppm

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Termos comuns: 38
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Simulação do Processo de Geração do CLO2 em uma Indústria de Fabricação de Papel
Simulation of the CLO2 Generation Process in a Paper Manufacturing Industry
Samantha Cardoso Ferreira1*, Hídila Souza Teixeira da Silva2, Elisa Barbosa Marra3, Marcela Galdino de Freitas4, Luis Felipe Caramez Berteges5, Cristiane de Souza Siqueira Pereira6

1 2 3 6 Curso de Engenharia Química da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
4 Departamento de Engenharia Química da UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil,
5 Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
*samanthacardoso2010@bol.com.br

Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE/index
ARTIGO ORIGINAL

OPEN ACCESS

Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engeneering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. 5, N.º 1, p. aa-bb. (2019). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
ARTIGO INFO.
Recebido em: 12/11/2018
Aprovado em: 14/11/2018
Disponibilizado em:
Palavras-chave:
ProsimPlus; Destilação; dipropilenoglicol.
Keywords:
ProsimPlus; Distillation; Dipropylene Glycol.

Copyright © 2018, Ferreira et al. Esta obra está sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso.
*Autor Correspondente: Samantha Cardoso Ferreira

RESUMO

Citação
(APA):
Deboçam

et
al. (2019)
Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando
dipropilenoglicol
.

Brazilian

Journal

of

Production

Engineering
,
5
(1):
116-128. Na fabricação do papel e da celulose as condições ótimas de processo tais como temperatura, pH e nutrientes devem ser monitoradas para crescimento de microrganismos. Para impedir a proliferação destes microrganismos o dióxido de cloro (ClO2) é utilizado como biocida, apresentando excelentes resultados quando comparado a outros agentes sanitizantes. Embora o cloro gasoso seja menos oneroso, o custo geral do tratamento com ClO2 geralmente é menor, devido à sua melhor eficiência. Objetivou-se no presente trabalho a simulação do processo de geração do ClO2 desenvolvida em um simulador de processos a fim de avaliar a eficiência da planta geradora de ClO2. Foi utilizado o simulador de processos comercial SuperProDesigner v9.0 e para desenvolvimento do fluxograma do processo considerou-se um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR). Os resultados obtidos com a simulação foram satisfatórios alcançando-se 95% de eficiência e corroboram os dados experimentais. Os resultados obtidos mostraram também que a dosagem indicada para desinfecção do meio reacional sem agredir as tubulações e vestimentas foi alcançada.

ABSTRACT
In paper and cellulose manufacture, optimum process conditions such as temperature, pH and nutrients should be monitored for growth of microorganisms. To prevent the proliferation of these microorganisms chlorine dioxide (ClO2) is used as a biocide, presenting excellent resultswhen compared to other sanitizing agents. Although chlorine gas is less expensive, the overall cost of treatment with ClO2 is generally lower because of its better efficiency. The objective of this work was to simulate the ClO2 generation process developed in a process simulator in order to evaluate the kinetics of the reaction, the optimum dosage for effective disinfection, to evaluate the residual ClO2 and the efficiency of the generation plant. The commercial process simulator SuperPro Designer v9.0 was used and for the development of the flowchart of the process acontinuous stirred tank reactor (CSTR) was considered. The results obtained with the simulation were satisfactory reaching 95% efficiency and corroborate the experimental data. The results also showed that the indicated dosage for disinfection of the reaction medium without attacking the pipes and clothing was reached.
8

6
- 3 -
Deboçam et al. (2019) Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando dipropilenoglicol.

Introdução
O ramo de papel e celulose no Brasil é uma área bastante competitiva, fruto da alta produtividade da atividade florestal, derivada de décadas de investimentos intensivos em pesquisa e desenvolvimento, assim como das condições edafoclimáticas do Brasil. Entre os anos de 1970-2013, houve um aumento da produção brasileira de celulose cerca de 7,1% ao ano, onde consequentemente refletiu na produção de papel, com uma taxa de 5,4% ao ano, colocando o Brasil como um dos maiores produtores de celulose no mundo (IBÁ, 2015).
Há um grande consumo de matérias-primas orgânicas na indústria papeleira, dentre elas podemos citar como exemplo a celulose que é consumida no processo numa média de 80% em receita e também de água, para diluição das massas de matéria-prima ou para diluente de seus efluentes, aproximadamente 12.000 litros para cada tonelada de papel é consumida,o que coloca o Brasil em uma escala favorável para a produção de papel e celulose, uma vez que as reservas brasileiras favorecem isso (CABRAL, 2016).
O meio reacional da fabricação de papel é propício para o desenvolvimento de microrganismos levando em consideração a temperatura, pH e nutrientes orgânicos, ambiente ao qual as bactérias podem se multiplicar facilmente, onde há um grande interesse do uso de mecanismos que possam inibir a proliferação desses, uma vez que, as bactérias são um dos fatores desfavoráveis no processo de produção de papel.O cloro apresenta baixa estabilidade e possui função biocida somente em pH ácido devido a sua faixa de aplicação a pH < 7.0, quando no processo de fabricação de papel o meio reacional apresenta uma faixa de pH entre 6.0 a 9.0,nessas condições não tem ação biocida efetiva, outro ponto importante, é o fato da hidrólise de fibras sintéticas de poliamida (matéria-prima de telas formadoras e feltros úmidos) devido a geração do íon cloreto favorecendo o ataque químico de vestimentas reduzindo sua vida útil, conforme a Figura 1 (ROBUSTI et al., 2015).



Figura 1. Representação da tela formadora que sofreu hidrólise nas fibras de poliamida.




Hidrólise da tela formadora






Fonte: Os autores.

Todavia o uso do hipoclorito e de outros sais de cloro considerados os primeiros quando se trata da formação de cloraminas orgânicas tem se tornado uma grande preocupação, pois a interação do cloro com a matéria orgânica do meio produz subprodutos da desinfecção, entre eles ostrihalometanos (THMs), presumidos como carcinogênicos, sendo assim, há um estímulo na procura por um desinfetante alternativo, passando-se a investigar o dióxido de cloro (ClO2) (BAIRD, 2001).
A descoberta do dióxido de cloro (ClO2) foi feita por Sir Humphrey Davy em 1811, acidificando clorato de potássio com ácido sulfúrico e por fim, produzindo um gás verde-amarelo vindo a chamar-lhe “euchlorine”(SHIN & JUNG, 2006).
O dióxido de cloro é um gás à temperatura ambiente, pois não sofre qualquer alteração com as variações de temperatura atmosféricas, além disso, é um forte agente oxidante, que geralmente, reage por meio da transferência de elétrons operando na membrana celular, desidratando, penetrando,oxidando internamente a célula microbiana sem causar ação tóxica como ocorre na maioria dos compostos de cloro(FELKEY, 2003).
Destaca-setambém que é eficaz com os microrganismos gram negativos e gram positivos. Os compostos fenólicos são hidrolisados e assim há a diminuição da formação de sabores e odores anormais. Outro fator importante é a sua ação esporicida e sanitizante que se dá em menores concentrações de cloro, que é consequência de ser solúvel em óleos e soluções de composição mistas como, por exemplo, células de bactérias e vírus, onde as membranas penetram facilmente, diferentes de outras substâncias polares. Recentemente, vários trabalhos com o dióxido de cloro foram realizados em diferentes países (RASH, 2003).
Com isso observa-se a necessidade que sejam desenvolvidas rotas tecnológicas visando à produção de dióxido de cloro.
Os simuladores de processos são ferramentas indispensáveis nos estudos e no planejamento de projetos, assim como em processos já em operação, permitindo prever as condições do processo produtivo.
O SuperPro Designer, fornece dimensionamento de equipamentos, cálculo de custos, avaliação econômica, balanços de massa e energia, por isso, este software foi escolhido para a simulação e um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR) foi proposto (INTELLIGEN, INC.).

Materiais e Métodos
Para a simulação da geração do Dióxido de Cloro um reator do tipo CSTR (continuousstirred-tankreactor) foi desenvolvido no simulador de processos, como pode ser visualizado na figura 2.Asvariáveis de processo analisadas foram fluxo mássicoe vazão de alimentaçãobaseadas na reação conforme equação 1.
(2NaClO3+ H2O2) + H2SO42ClO2 + O2 + Na2SO4 + 2H2O(1)
Onde: NaClO3 = Clorato de Sódio, H2O2 = Peróxido de Hidrogênio, H2SO4 = Ácido Sulfúrico, ClO2 = Dióxido de Cloro, O2 = Oxigênio, Na2SO4 = Sulfato de Sódio e H2O = Água.
Figura 2. Representação esquemática da produção de dióxido de cloro no reator do tipo CSTR.










Fonte -SuperPro Designer v9.0.


Para reatores do tipo CSTR o SuperPro Designer conta com uma ferramenta que propõe o fluxo mássico da alimentação do processo. Esse fluxo foi calculado através da equação 2.



Onde? é a ordem da reação,k é a constante cinética, K1 e K2 são constantes de inibição em kmol/m3e Ci é a concentração da espécie i. ATabela 1 apresenta as condições de alimentação do reator:

Tabela 1. Fluxos mássicos da alimentação proposta pelo SuperProDesigner

Fonte própria

Nesse cenário, operou-se o reator a uma temperatura de 323,15 K e uma pressão de 100KPa.Tendo como base, o balanço estequiométrico da reação, que é representado na tabela 2.

Tabela 2. Balanço estequiométrico da reação proposto pelo SuperPro Designer

Fonte-(Adaptado) SuperPro Designer v9.0.

Para a realização do balanço de massa, foram definidos os reagentes sendo o fluxo de entrada e o fluxo de saída o produto dióxido de cloro.


Resultados e Discussões
A solução aquosa de dióxido de cloro produzida está substancialmente livre de ácido cloroso e de preferência está livre de outros subprodutos, tais como cloreto de sódio e cloro livre.A tabela 3 representa as correntes da saída do sistema.
Tabela 3. Fluxo mássico da saída do reator CSTR
Fonte - (Adaptado) Relatório do SuperPro Designer v9.0.

Para fins de comparação, analisou-seos resultados experimentais obtidos por uma planta de processo de produção de dióxido de cloro in siterepresentada na figura 3.

Figura 3. Representação da planta de produção do dióxido de cloro.

Fonte - arquivo da empresa em estudo

A solução aquosa de clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe o ácido sulfúrico são bombeadas separadamente através de bombas dosadoras eletromagnéticas e misturadas em um reator onde é gerado o gás ClO2. No topo do gerador existe um ejetor por onde passa a água industrial e forma-se um vácuo, esse vácuo que é gerado pela passagem de água de arraste no ejetor faz com que o ClO2 seja solubilizado na água e removido do reator. A solução de ClO2 então é aplicada em diversos pontos do processo de fabricação de papel.Na prática, o que é observado, é uma solução líquida amarela.A planta geradora possui sistemas de alarme e na hipótese de falta de água ou a bomba de água não funcionar, o vácuo não é gerado, logo o equipamento é desligado.Em caso da falta do componente A ou ácido, ou as respectivas bombas não funcionarem, o vácuo formado será maior comparado à produção normal e o equipamento será desligado.A planta em análise, opera a uma vazão de alimentação de 23,2 mL/min, composta de uma mistura aquosade clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe 23,6 mL/min de H2SO4 (ácido sulfúrico), produzindo 0,49 kg/h de ClO2à -520,9 mmHg de vácuo conforme figura 4.

Figura 4. Fluxograma da produção do dióxido de cloro.
Fonte: Os autores.

Nessas condições de operação para avaliar a eficiência da planta calculou-se a concentração teórica e concentração medida. Com os dados obtidos o processo de geração foi avaliado em termos de eficiência (%) calculada a partir da Equação 3.



Os resultados obtidos após a simulação indicaram uma eficiência de 95% na produção de dióxido de cloro. Este valor atende as expectativas visto que a planta geradora in site da empresa em estudo apresentou uma eficiência de 97%. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos da planta geradora da empresa.

Tabela 4. Resultados obtidos para cálculo da eficiência da planta geradora
Fonte - Empresa em estudo

Tendo em vista a eficiência da produção de dióxido de cloro, baseado em dados fornecidos pela empresa, a dosagem do ClO2kg/Tde papel produzidovs o seu residual (ppm) em valores acima de 0,5 ppm (concentração estabelecida após análises laboratoriais) afeta as tubulações e vestimentas com ataques químicos, desta forma foram realizados testes com dosagens diferentes. Analisando os fluxos de 0,09e 0,08 kg/Tobservou-seinstabilidade e valores acima da tolerância. Considerando a análise do residual, após correção da dosagem para 0,07 kg/T de papel produzido na planta geradora, os valores do residual de ClO2apresentaram-seestabilidade dentro da faixa de tolerância que é de 0,05 a 0,5 ppm conforme carta de controle apresentadano gráfico 1. Obteve-se assim aconcentraçãoótima de dióxido de cloro para promover a desinfecção através da oxidação.Em relação ao controle da dosagem ótima de 0,07 kg deClO2/T de papel produzido, o gerador oferece informações de vazão volumétrica da solução, taxa de geração que são monitorados pela sala de controle, garantindo um processo estável de geração não excedendo o valor preestabelecido após estudos.

Gráfico 1. Representação gráfica da dosagem de ClO2vs residual de ClO2 no processo de fabricação de papel










Fonte - (Adaptado) Minitab®
Considerando a sua ação rápida e suas propriedades de oxidação seletiva, o dióxido de cloro é capaz de reduzir a atividade microbiológica de modo significativo, rápida e eficientemente, a uma taxa de alimentação menor do que os biocidas oxidantes tradicionais. O controle microbiológico é obtido com o uso de menos dióxido de cloro e as taxas de corrosão são reduzidas.


Conclusão
De acordo com os resultados obtidos a partir do simulador de processos SuperPro Designer, foi possível prever a eficiência da planta geradora e após experimentos realizados na empresa em estudo, concluiu-se que foi possível obter a dosagem ideal de dióxido de cloro para o processo de fabricação, alcançando a expectativa e permitindo avaliar que é possível maximizar lucros reduzindo os custos com manutenções de tubulações, compra de novas vestimentas e perda de papel na fabricação. Na simulação, os resultados encontrados corroboram que o processo de geração de ClO2 na indústria de papel pode gerar melhorias ao processo, aumentando a eficiência da planta, além de minimizar impactos ao processo produtivo.O estudo da simulação de processo, permitiu concluir que os Softwares comerciais desenvolvidos para simulação facilitam a modelagem do sistema, permitem prever alterações e melhorias que podem ser feitas nas variáveis, otimizando o processo.

Referências
BAIRD, Colin. Química ambiental. Reverté, 2001.
FELKEY, K. D. et al. Optimizationofchlorinetreatmentsandtheeffectsonsurvivalof Salmonella spp. OntoMatosurfaces. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P212, p. 132
IBÁ - Indústria Brasileira de Árvores. Relatório IBÁ 2015. Brasília, 2015.
INTELLIGEN, INC. Superpro designer®. Disponível em: <http://www.intelligen.com/superpro_overview.html>. Acesso em: 31 out. 2018.
RASH, V. A. Physicalandchemicaltreatments for controlof Salmonella oncataloperiods. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P240, p. 142.
ROBUSTI, et al. Papel. 1 ed. São Paulo - SESI SENAI Editora, 2015. 566 p. ISBN: ISBN 978-85-8393-930-6
SHIN, Ho-Sang; JUNG, Dong-Gyun. Determinationofchlorinedioxide in waterbygaschromatography–massspectrometry. Journal of Chromatography A, v. 1123, n. 1, p. 92-97, 2006.
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Dados entrada do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Clorato de Sódio 5,78333 . 10-6
Peróxido de Hidrogênio 5,78333 . 10-6
Ácido Sulfúrico 5,88333 . 10-6

Reagentes   Produtos
Componente Coeficiente   Componente Coeficiente
Clorato de Sódio 212,882   Dióxido de Cloro 143,903
Peróxido de Hidrogênio 34,014   Oxigênio 31,99
Ácido Sulfúrico 98,073   Sulfato de Sódio 142,037
Total 344,969   Água 36,039
      Total 344,969

Saída do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Dióxido de Cloro 0,00012627
Oxigênio 6,26944 . 10-5
Sulfato de Sódio 8,79722 . 10-5
Água 5,55277 . 10-5

Concentração teórica Concentração medida Eficiência
(ppm) (ppm

---

Arquivo de entrada: 17 Engenharia de Operações e Processos - Ferreira et al.docx (2221 termos)
Arquivo encontrado: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/002207286285027X (240 termos)

Termos comuns: 3
Similaridade: 0,12%


Simulação do Processo de Geração do CLO2 em uma Indústria de Fabricação de Papel
Simulation of the CLO2 Generation Process in a Paper Manufacturing Industry
Samantha Cardoso Ferreira1*, Hídila Souza Teixeira da Silva2, Elisa Barbosa Marra3, Marcela Galdino de Freitas4, Luis Felipe Caramez Berteges5, Cristiane de Souza Siqueira Pereira6

1 2 3 6 Curso de Engenharia Química da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
4 Departamento de Engenharia Química da UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil,
5 Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
*samanthacardoso2010@bol.com.br

Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE/index
ARTIGO ORIGINAL

OPEN ACCESS

Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engeneering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. 5, N.º 1, p. aa-bb. (2019). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
ARTIGO INFO.
Recebido em: 12/11/2018
Aprovado em: 14/11/2018
Disponibilizado em:
Palavras-chave:
ProsimPlus; Destilação; dipropilenoglicol.
Keywords:
ProsimPlus; Distillation; Dipropylene Glycol.

Copyright © 2018, Ferreira et al. Esta obra está sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso.
*Autor Correspondente: Samantha Cardoso Ferreira

RESUMO

Citação
(APA):
Deboçam

et
al. (2019)
Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando
dipropilenoglicol
.

Brazilian

Journal

of

Production

Engineering
,
5
(1):
116-128. Na fabricação do papel e da celulose as condições ótimas de processo tais como temperatura, pH e nutrientes devem ser monitoradas para crescimento de microrganismos. Para impedir a proliferação destes microrganismos o dióxido de cloro (ClO2) é utilizado como biocida, apresentando excelentes resultados quando comparado a outros agentes sanitizantes. Embora o cloro gasoso seja menos oneroso, o custo geral do tratamento com ClO2 geralmente é menor, devido à sua melhor eficiência. Objetivou-se no presente trabalho a simulação do processo de geração do ClO2 desenvolvida em um simulador de processos a fim de avaliar a eficiência da planta geradora de ClO2. Foi utilizado o simulador de processos comercial SuperProDesigner v9.0 e para desenvolvimento do fluxograma do processo considerou-se um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR). Os resultados obtidos com a simulação foram satisfatórios alcançando-se 95% de eficiência e corroboram os dados experimentais. Os resultados obtidos mostraram também que a dosagem indicada para desinfecção do meio reacional sem agredir as tubulações e vestimentas foi alcançada.

ABSTRACT
In paper and cellulose manufacture, optimum process conditions such as temperature, pH and nutrients should be monitored for growth of microorganisms. To prevent the proliferation of these microorganisms chlorine dioxide (ClO2) is used as a biocide, presenting excellent resultswhen compared to other sanitizing agents. Although chlorine gas is less expensive, the overall cost of treatment with ClO2 is generally lower because of its better efficiency. The objective of this work was to simulate the ClO2 generation process developed in a process simulator in order to evaluate the kinetics of the reaction, the optimum dosage for effective disinfection, to evaluate the residual ClO2 and the efficiency of the generation plant. The commercial process simulator SuperPro Designer v9.0 was used and for the development of the flowchart of the process acontinuous stirred tank reactor (CSTR) was considered. The results obtained with the simulation were satisfactory reaching 95% efficiency and corroborate the experimental data. The results also showed that the indicated dosage for disinfection of the reaction medium without attacking the pipes and clothing was reached.
8

6
- 3 -
Deboçam et al. (2019) Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando dipropilenoglicol.

Introdução
O ramo de papel e celulose no Brasil é uma área bastante competitiva, fruto da alta produtividade da atividade florestal, derivada de décadas de investimentos intensivos em pesquisa e desenvolvimento, assim como das condições edafoclimáticas do Brasil. Entre os anos de 1970-2013, houve um aumento da produção brasileira de celulose cerca de 7,1% ao ano, onde consequentemente refletiu na produção de papel, com uma taxa de 5,4% ao ano, colocando o Brasil como um dos maiores produtores de celulose no mundo (IBÁ, 2015).
Há um grande consumo de matérias-primas orgânicas na indústria papeleira, dentre elas podemos citar como exemplo a celulose que é consumida no processo numa média de 80% em receita e também de água, para diluição das massas de matéria-prima ou para diluente de seus efluentes, aproximadamente 12.000 litros para cada tonelada de papel é consumida,o que coloca o Brasil em uma escala favorável para a produção de papel e celulose, uma vez que as reservas brasileiras favorecem isso (CABRAL, 2016).
O meio reacional da fabricação de papel é propício para o desenvolvimento de microrganismos levando em consideração a temperatura, pH e nutrientes orgânicos, ambiente ao qual as bactérias podem se multiplicar facilmente, onde há um grande interesse do uso de mecanismos que possam inibir a proliferação desses, uma vez que, as bactérias são um dos fatores desfavoráveis no processo de produção de papel.O cloro apresenta baixa estabilidade e possui função biocida somente em pH ácido devido a sua faixa de aplicação a pH < 7.0, quando no processo de fabricação de papel o meio reacional apresenta uma faixa de pH entre 6.0 a 9.0,nessas condições não tem ação biocida efetiva, outro ponto importante, é o fato da hidrólise de fibras sintéticas de poliamida (matéria-prima de telas formadoras e feltros úmidos) devido a geração do íon cloreto favorecendo o ataque químico de vestimentas reduzindo sua vida útil, conforme a Figura 1 (ROBUSTI et al., 2015).



Figura 1. Representação da tela formadora que sofreu hidrólise nas fibras de poliamida.




Hidrólise da tela formadora






Fonte: Os autores.

Todavia o uso do hipoclorito e de outros sais de cloro considerados os primeiros quando se trata da formação de cloraminas orgânicas tem se tornado uma grande preocupação, pois a interação do cloro com a matéria orgânica do meio produz subprodutos da desinfecção, entre eles ostrihalometanos (THMs), presumidos como carcinogênicos, sendo assim, há um estímulo na procura por um desinfetante alternativo, passando-se a investigar o dióxido de cloro (ClO2) (BAIRD, 2001).
A descoberta do dióxido de cloro (ClO2) foi feita por Sir Humphrey Davy em 1811, acidificando clorato de potássio com ácido sulfúrico e por fim, produzindo um gás verde-amarelo vindo a chamar-lhe “euchlorine”(SHIN & JUNG, 2006).
O dióxido de cloro é um gás à temperatura ambiente, pois não sofre qualquer alteração com as variações de temperatura atmosféricas, além disso, é um forte agente oxidante, que geralmente, reage por meio da transferência de elétrons operando na membrana celular, desidratando, penetrando,oxidando internamente a célula microbiana sem causar ação tóxica como ocorre na maioria dos compostos de cloro(FELKEY, 2003).
Destaca-setambém que é eficaz com os microrganismos gram negativos e gram positivos. Os compostos fenólicos são hidrolisados e assim há a diminuição da formação de sabores e odores anormais. Outro fator importante é a sua ação esporicida e sanitizante que se dá em menores concentrações de cloro, que é consequência de ser solúvel em óleos e soluções de composição mistas como, por exemplo, células de bactérias e vírus, onde as membranas penetram facilmente, diferentes de outras substâncias polares. Recentemente, vários trabalhos com o dióxido de cloro foram realizados em diferentes países (RASH, 2003).
Com isso observa-se a necessidade que sejam desenvolvidas rotas tecnológicas visando à produção de dióxido de cloro.
Os simuladores de processos são ferramentas indispensáveis nos estudos e no planejamento de projetos, assim como em processos já em operação, permitindo prever as condições do processo produtivo.
O SuperPro Designer, fornece dimensionamento de equipamentos, cálculo de custos, avaliação econômica, balanços de massa e energia, por isso, este software foi escolhido para a simulação e um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR) foi proposto (INTELLIGEN, INC.).

Materiais e Métodos
Para a simulação da geração do Dióxido de Cloro um reator do tipo CSTR (continuousstirred-tankreactor) foi desenvolvido no simulador de processos, como pode ser visualizado na figura 2.Asvariáveis de processo analisadas foram fluxo mássicoe vazão de alimentaçãobaseadas na reação conforme equação 1.
(2NaClO3+ H2O2) + H2SO42ClO2 + O2 + Na2SO4 + 2H2O(1)
Onde: NaClO3 = Clorato de Sódio, H2O2 = Peróxido de Hidrogênio, H2SO4 = Ácido Sulfúrico, ClO2 = Dióxido de Cloro, O2 = Oxigênio, Na2SO4 = Sulfato de Sódio e H2O = Água.
Figura 2. Representação esquemática da produção de dióxido de cloro no reator do tipo CSTR.










Fonte -SuperPro Designer v9.0.


Para reatores do tipo CSTR o SuperPro Designer conta com uma ferramenta que propõe o fluxo mássico da alimentação do processo. Esse fluxo foi calculado através da equação 2.



Onde? é a ordem da reação,k é a constante cinética, K1 e K2 são constantes de inibição em kmol/m3e Ci é a concentração da espécie i. ATabela 1 apresenta as condições de alimentação do reator:

Tabela 1. Fluxos mássicos da alimentação proposta pelo SuperProDesigner

Fonte própria

Nesse cenário, operou-se o reator a uma temperatura de 323,15 K e uma pressão de 100KPa.Tendo como base, o balanço estequiométrico da reação, que é representado na tabela 2.

Tabela 2. Balanço estequiométrico da reação proposto pelo SuperPro Designer

Fonte-(Adaptado) SuperPro Designer v9.0.

Para a realização do balanço de massa, foram definidos os reagentes sendo o fluxo de entrada e o fluxo de saída o produto dióxido de cloro.


Resultados e Discussões
A solução aquosa de dióxido de cloro produzida está substancialmente livre de ácido cloroso e de preferência está livre de outros subprodutos, tais como cloreto de sódio e cloro livre.A tabela 3 representa as correntes da saída do sistema.
Tabela 3. Fluxo mássico da saída do reator CSTR
Fonte - (Adaptado) Relatório do SuperPro Designer v9.0.

Para fins de comparação, analisou-seos resultados experimentais obtidos por uma planta de processo de produção de dióxido de cloro in siterepresentada na figura 3.

Figura 3. Representação da planta de produção do dióxido de cloro.

Fonte - arquivo da empresa em estudo

A solução aquosa de clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe o ácido sulfúrico são bombeadas separadamente através de bombas dosadoras eletromagnéticas e misturadas em um reator onde é gerado o gás ClO2. No topo do gerador existe um ejetor por onde passa a água industrial e forma-se um vácuo, esse vácuo que é gerado pela passagem de água de arraste no ejetor faz com que o ClO2 seja solubilizado na água e removido do reator. A solução de ClO2 então é aplicada em diversos pontos do processo de fabricação de papel.Na prática, o que é observado, é uma solução líquida amarela.A planta geradora possui sistemas de alarme e na hipótese de falta de água ou a bomba de água não funcionar, o vácuo não é gerado, logo o equipamento é desligado.Em caso da falta do componente A ou ácido, ou as respectivas bombas não funcionarem, o vácuo formado será maior comparado à produção normal e o equipamento será desligado.A planta em análise, opera a uma vazão de alimentação de 23,2 mL/min, composta de uma mistura aquosade clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe 23,6 mL/min de H2SO4 (ácido sulfúrico), produzindo 0,49 kg/h de ClO2à -520,9 mmHg de vácuo conforme figura 4.

Figura 4. Fluxograma da produção do dióxido de cloro.
Fonte: Os autores.

Nessas condições de operação para avaliar a eficiência da planta calculou-se a concentração teórica e concentração medida. Com os dados obtidos o processo de geração foi avaliado em termos de eficiência (%) calculada a partir da Equação 3.



Os resultados obtidos após a simulação indicaram uma eficiência de 95% na produção de dióxido de cloro. Este valor atende as expectativas visto que a planta geradora in site da empresa em estudo apresentou uma eficiência de 97%. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos da planta geradora da empresa.

Tabela 4. Resultados obtidos para cálculo da eficiência da planta geradora
Fonte - Empresa em estudo

Tendo em vista a eficiência da produção de dióxido de cloro, baseado em dados fornecidos pela empresa, a dosagem do ClO2kg/Tde papel produzidovs o seu residual (ppm) em valores acima de 0,5 ppm (concentração estabelecida após análises laboratoriais) afeta as tubulações e vestimentas com ataques químicos, desta forma foram realizados testes com dosagens diferentes. Analisando os fluxos de 0,09e 0,08 kg/Tobservou-seinstabilidade e valores acima da tolerância. Considerando a análise do residual, após correção da dosagem para 0,07 kg/T de papel produzido na planta geradora, os valores do residual de ClO2apresentaram-seestabilidade dentro da faixa de tolerância que é de 0,05 a 0,5 ppm conforme carta de controle apresentadano gráfico 1. Obteve-se assim aconcentraçãoótima de dióxido de cloro para promover a desinfecção através da oxidação.Em relação ao controle da dosagem ótima de 0,07 kg deClO2/T de papel produzido, o gerador oferece informações de vazão volumétrica da solução, taxa de geração que são monitorados pela sala de controle, garantindo um processo estável de geração não excedendo o valor preestabelecido após estudos.

Gráfico 1. Representação gráfica da dosagem de ClO2vs residual de ClO2 no processo de fabricação de papel










Fonte - (Adaptado) Minitab®
Considerando a sua ação rápida e suas propriedades de oxidação seletiva, o dióxido de cloro é capaz de reduzir a atividade microbiológica de modo significativo, rápida e eficientemente, a uma taxa de alimentação menor do que os biocidas oxidantes tradicionais. O controle microbiológico é obtido com o uso de menos dióxido de cloro e as taxas de corrosão são reduzidas.


Conclusão
De acordo com os resultados obtidos a partir do simulador de processos SuperPro Designer, foi possível prever a eficiência da planta geradora e após experimentos realizados na empresa em estudo, concluiu-se que foi possível obter a dosagem ideal de dióxido de cloro para o processo de fabricação, alcançando a expectativa e permitindo avaliar que é possível maximizar lucros reduzindo os custos com manutenções de tubulações, compra de novas vestimentas e perda de papel na fabricação. Na simulação, os resultados encontrados corroboram que o processo de geração de ClO2 na indústria de papel pode gerar melhorias ao processo, aumentando a eficiência da planta, além de minimizar impactos ao processo produtivo.O estudo da simulação de processo, permitiu concluir que os Softwares comerciais desenvolvidos para simulação facilitam a modelagem do sistema, permitem prever alterações e melhorias que podem ser feitas nas variáveis, otimizando o processo.

Referências
BAIRD, Colin. Química ambiental. Reverté, 2001.
FELKEY, K. D. et al. Optimizationofchlorinetreatmentsandtheeffectsonsurvivalof Salmonella spp. OntoMatosurfaces. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P212, p. 132
IBÁ - Indústria Brasileira de Árvores. Relatório IBÁ 2015. Brasília, 2015.
INTELLIGEN, INC. Superpro designer®. Disponível em: <http://www.intelligen.com/superpro_overview.html>. Acesso em: 31 out. 2018.
RASH, V. A. Physicalandchemicaltreatments for controlof Salmonella oncataloperiods. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P240, p. 142.
ROBUSTI, et al. Papel. 1 ed. São Paulo - SESI SENAI Editora, 2015. 566 p. ISBN: ISBN 978-85-8393-930-6
SHIN, Ho-Sang; JUNG, Dong-Gyun. Determinationofchlorinedioxide in waterbygaschromatography–massspectrometry. Journal of Chromatography A, v. 1123, n. 1, p. 92-97, 2006.
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Dados entrada do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Clorato de Sódio 5,78333 . 10-6
Peróxido de Hidrogênio 5,78333 . 10-6
Ácido Sulfúrico 5,88333 . 10-6

Reagentes   Produtos
Componente Coeficiente   Componente Coeficiente
Clorato de Sódio 212,882   Dióxido de Cloro 143,903
Peróxido de Hidrogênio 34,014   Oxigênio 31,99
Ácido Sulfúrico 98,073   Sulfato de Sódio 142,037
Total 344,969   Água 36,039
      Total 344,969

Saída do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Dióxido de Cloro 0,00012627
Oxigênio 6,26944 . 10-5
Sulfato de Sódio 8,79722 . 10-5
Água 5,55277 . 10-5

Concentração teórica Concentração medida Eficiência
(ppm) (ppm

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Termos comuns: 56
Similaridade: 0,7%


Simulação do Processo de Geração do CLO2 em uma Indústria de Fabricação de Papel
Simulation of the CLO2 Generation Process in a Paper Manufacturing Industry
Samantha Cardoso Ferreira1*, Hídila Souza Teixeira da Silva2, Elisa Barbosa Marra3, Marcela Galdino de Freitas4, Luis Felipe Caramez Berteges5, Cristiane de Souza Siqueira Pereira6

1 2 3 6 Curso de Engenharia Química da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
4 Departamento de Engenharia Química da UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil,
5 Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
*samanthacardoso2010@bol.com.br

Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE/index
ARTIGO ORIGINAL

OPEN ACCESS

Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engeneering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. 5, N.º 1, p. aa-bb. (2019). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
ARTIGO INFO.
Recebido em: 12/11/2018
Aprovado em: 14/11/2018
Disponibilizado em:
Palavras-chave:
ProsimPlus; Destilação; dipropilenoglicol.
Keywords:
ProsimPlus; Distillation; Dipropylene Glycol.

Copyright © 2018, Ferreira et al. Esta obra está sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso.
*Autor Correspondente: Samantha Cardoso Ferreira

RESUMO

Citação
(APA):
Deboçam

et
al. (2019)
Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando
dipropilenoglicol
.

Brazilian

Journal

of

Production

Engineering
,
5
(1):
116-128. Na fabricação do papel e da celulose as condições ótimas de processo tais como temperatura, pH e nutrientes devem ser monitoradas para crescimento de microrganismos. Para impedir a proliferação destes microrganismos o dióxido de cloro (ClO2) é utilizado como biocida, apresentando excelentes resultados quando comparado a outros agentes sanitizantes. Embora o cloro gasoso seja menos oneroso, o custo geral do tratamento com ClO2 geralmente é menor, devido à sua melhor eficiência. Objetivou-se no presente trabalho a simulação do processo de geração do ClO2 desenvolvida em um simulador de processos a fim de avaliar a eficiência da planta geradora de ClO2. Foi utilizado o simulador de processos comercial SuperProDesigner v9.0 e para desenvolvimento do fluxograma do processo considerou-se um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR). Os resultados obtidos com a simulação foram satisfatórios alcançando-se 95% de eficiência e corroboram os dados experimentais. Os resultados obtidos mostraram também que a dosagem indicada para desinfecção do meio reacional sem agredir as tubulações e vestimentas foi alcançada.

ABSTRACT
In paper and cellulose manufacture, optimum process conditions such as temperature, pH and nutrients should be monitored for growth of microorganisms. To prevent the proliferation of these microorganisms chlorine dioxide (ClO2) is used as a biocide, presenting excellent resultswhen compared to other sanitizing agents. Although chlorine gas is less expensive, the overall cost of treatment with ClO2 is generally lower because of its better efficiency. The objective of this work was to simulate the ClO2 generation process developed in a process simulator in order to evaluate the kinetics of the reaction, the optimum dosage for effective disinfection, to evaluate the residual ClO2 and the efficiency of the generation plant. The commercial process simulator SuperPro Designer v9.0 was used and for the development of the flowchart of the process acontinuous stirred tank reactor (CSTR) was considered. The results obtained with the simulation were satisfactory reaching 95% efficiency and corroborate the experimental data. The results also showed that the indicated dosage for disinfection of the reaction medium without attacking the pipes and clothing was reached.
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Deboçam et al. (2019) Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando dipropilenoglicol.

Introdução
O ramo de papel e celulose no Brasil é uma área bastante competitiva, fruto da alta produtividade da atividade florestal, derivada de décadas de investimentos intensivos em pesquisa e desenvolvimento, assim como das condições edafoclimáticas do Brasil. Entre os anos de 1970-2013, houve um aumento da produção brasileira de celulose cerca de 7,1% ao ano, onde consequentemente refletiu na produção de papel, com uma taxa de 5,4% ao ano, colocando o Brasil como um dos maiores produtores de celulose no mundo (IBÁ, 2015).
Há um grande consumo de matérias-primas orgânicas na indústria papeleira, dentre elas podemos citar como exemplo a celulose que é consumida no processo numa média de 80% em receita e também de água, para diluição das massas de matéria-prima ou para diluente de seus efluentes, aproximadamente 12.000 litros para cada tonelada de papel é consumida,o que coloca o Brasil em uma escala favorável para a produção de papel e celulose, uma vez que as reservas brasileiras favorecem isso (CABRAL, 2016).
O meio reacional da fabricação de papel é propício para o desenvolvimento de microrganismos levando em consideração a temperatura, pH e nutrientes orgânicos, ambiente ao qual as bactérias podem se multiplicar facilmente, onde há um grande interesse do uso de mecanismos que possam inibir a proliferação desses, uma vez que, as bactérias são um dos fatores desfavoráveis no processo de produção de papel.O cloro apresenta baixa estabilidade e possui função biocida somente em pH ácido devido a sua faixa de aplicação a pH < 7.0, quando no processo de fabricação de papel o meio reacional apresenta uma faixa de pH entre 6.0 a 9.0,nessas condições não tem ação biocida efetiva, outro ponto importante, é o fato da hidrólise de fibras sintéticas de poliamida (matéria-prima de telas formadoras e feltros úmidos) devido a geração do íon cloreto favorecendo o ataque químico de vestimentas reduzindo sua vida útil, conforme a Figura 1 (ROBUSTI et al., 2015).



Figura 1. Representação da tela formadora que sofreu hidrólise nas fibras de poliamida.




Hidrólise da tela formadora






Fonte: Os autores.

Todavia o uso do hipoclorito e de outros sais de cloro considerados os primeiros quando se trata da formação de cloraminas orgânicas tem se tornado uma grande preocupação, pois a interação do cloro com a matéria orgânica do meio produz subprodutos da desinfecção, entre eles ostrihalometanos (THMs), presumidos como carcinogênicos, sendo assim, há um estímulo na procura por um desinfetante alternativo, passando-se a investigar o dióxido de cloro (ClO2) (BAIRD, 2001).
A descoberta do dióxido de cloro (ClO2) foi feita por Sir Humphrey Davy em 1811, acidificando clorato de potássio com ácido sulfúrico e por fim, produzindo um gás verde-amarelo vindo a chamar-lhe “euchlorine”(SHIN & JUNG, 2006).
O dióxido de cloro é um gás à temperatura ambiente, pois não sofre qualquer alteração com as variações de temperatura atmosféricas, além disso, é um forte agente oxidante, que geralmente, reage por meio da transferência de elétrons operando na membrana celular, desidratando, penetrando,oxidando internamente a célula microbiana sem causar ação tóxica como ocorre na maioria dos compostos de cloro(FELKEY, 2003).
Destaca-setambém que é eficaz com os microrganismos gram negativos e gram positivos. Os compostos fenólicos são hidrolisados e assim há a diminuição da formação de sabores e odores anormais. Outro fator importante é a sua ação esporicida e sanitizante que se dá em menores concentrações de cloro, que é consequência de ser solúvel em óleos e soluções de composição mistas como, por exemplo, células de bactérias e vírus, onde as membranas penetram facilmente, diferentes de outras substâncias polares. Recentemente, vários trabalhos com o dióxido de cloro foram realizados em diferentes países (RASH, 2003).
Com isso observa-se a necessidade que sejam desenvolvidas rotas tecnológicas visando à produção de dióxido de cloro.
Os simuladores de processos são ferramentas indispensáveis nos estudos e no planejamento de projetos, assim como em processos já em operação, permitindo prever as condições do processo produtivo.
O SuperPro Designer, fornece dimensionamento de equipamentos, cálculo de custos, avaliação econômica, balanços de massa e energia, por isso, este software foi escolhido para a simulação e um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR) foi proposto (INTELLIGEN, INC.).

Materiais e Métodos
Para a simulação da geração do Dióxido de Cloro um reator do tipo CSTR (continuousstirred-tankreactor) foi desenvolvido no simulador de processos, como pode ser visualizado na figura 2.Asvariáveis de processo analisadas foram fluxo mássicoe vazão de alimentaçãobaseadas na reação conforme equação 1.
(2NaClO3+ H2O2) + H2SO42ClO2 + O2 + Na2SO4 + 2H2O(1)
Onde: NaClO3 = Clorato de Sódio, H2O2 = Peróxido de Hidrogênio, H2SO4 = Ácido Sulfúrico, ClO2 = Dióxido de Cloro, O2 = Oxigênio, Na2SO4 = Sulfato de Sódio e H2O = Água.
Figura 2. Representação esquemática da produção de dióxido de cloro no reator do tipo CSTR.










Fonte -SuperPro Designer v9.0.


Para reatores do tipo CSTR o SuperPro Designer conta com uma ferramenta que propõe o fluxo mássico da alimentação do processo. Esse fluxo foi calculado através da equação 2.



Onde? é a ordem da reação,k é a constante cinética, K1 e K2 são constantes de inibição em kmol/m3e Ci é a concentração da espécie i. ATabela 1 apresenta as condições de alimentação do reator:

Tabela 1. Fluxos mássicos da alimentação proposta pelo SuperProDesigner

Fonte própria

Nesse cenário, operou-se o reator a uma temperatura de 323,15 K e uma pressão de 100KPa.Tendo como base, o balanço estequiométrico da reação, que é representado na tabela 2.

Tabela 2. Balanço estequiométrico da reação proposto pelo SuperPro Designer

Fonte-(Adaptado) SuperPro Designer v9.0.

Para a realização do balanço de massa, foram definidos os reagentes sendo o fluxo de entrada e o fluxo de saída o produto dióxido de cloro.


Resultados e Discussões
A solução aquosa de dióxido de cloro produzida está substancialmente livre de ácido cloroso e de preferência está livre de outros subprodutos, tais como cloreto de sódio e cloro livre.A tabela 3 representa as correntes da saída do sistema.
Tabela 3. Fluxo mássico da saída do reator CSTR
Fonte - (Adaptado) Relatório do SuperPro Designer v9.0.

Para fins de comparação, analisou-seos resultados experimentais obtidos por uma planta de processo de produção de dióxido de cloro in siterepresentada na figura 3.

Figura 3. Representação da planta de produção do dióxido de cloro.

Fonte - arquivo da empresa em estudo

A solução aquosa de clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe o ácido sulfúrico são bombeadas separadamente através de bombas dosadoras eletromagnéticas e misturadas em um reator onde é gerado o gás ClO2. No topo do gerador existe um ejetor por onde passa a água industrial e forma-se um vácuo, esse vácuo que é gerado pela passagem de água de arraste no ejetor faz com que o ClO2 seja solubilizado na água e removido do reator. A solução de ClO2 então é aplicada em diversos pontos do processo de fabricação de papel.Na prática, o que é observado, é uma solução líquida amarela.A planta geradora possui sistemas de alarme e na hipótese de falta de água ou a bomba de água não funcionar, o vácuo não é gerado, logo o equipamento é desligado.Em caso da falta do componente A ou ácido, ou as respectivas bombas não funcionarem, o vácuo formado será maior comparado à produção normal e o equipamento será desligado.A planta em análise, opera a uma vazão de alimentação de 23,2 mL/min, composta de uma mistura aquosade clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe 23,6 mL/min de H2SO4 (ácido sulfúrico), produzindo 0,49 kg/h de ClO2à -520,9 mmHg de vácuo conforme figura 4.

Figura 4. Fluxograma da produção do dióxido de cloro.
Fonte: Os autores.

Nessas condições de operação para avaliar a eficiência da planta calculou-se a concentração teórica e concentração medida. Com os dados obtidos o processo de geração foi avaliado em termos de eficiência (%) calculada a partir da Equação 3.



Os resultados obtidos após a simulação indicaram uma eficiência de 95% na produção de dióxido de cloro. Este valor atende as expectativas visto que a planta geradora in site da empresa em estudo apresentou uma eficiência de 97%. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos da planta geradora da empresa.

Tabela 4. Resultados obtidos para cálculo da eficiência da planta geradora
Fonte - Empresa em estudo

Tendo em vista a eficiência da produção de dióxido de cloro, baseado em dados fornecidos pela empresa, a dosagem do ClO2kg/Tde papel produzidovs o seu residual (ppm) em valores acima de 0,5 ppm (concentração estabelecida após análises laboratoriais) afeta as tubulações e vestimentas com ataques químicos, desta forma foram realizados testes com dosagens diferentes. Analisando os fluxos de 0,09e 0,08 kg/Tobservou-seinstabilidade e valores acima da tolerância. Considerando a análise do residual, após correção da dosagem para 0,07 kg/T de papel produzido na planta geradora, os valores do residual de ClO2apresentaram-seestabilidade dentro da faixa de tolerância que é de 0,05 a 0,5 ppm conforme carta de controle apresentadano gráfico 1. Obteve-se assim aconcentraçãoótima de dióxido de cloro para promover a desinfecção através da oxidação.Em relação ao controle da dosagem ótima de 0,07 kg deClO2/T de papel produzido, o gerador oferece informações de vazão volumétrica da solução, taxa de geração que são monitorados pela sala de controle, garantindo um processo estável de geração não excedendo o valor preestabelecido após estudos.

Gráfico 1. Representação gráfica da dosagem de ClO2vs residual de ClO2 no processo de fabricação de papel










Fonte - (Adaptado) Minitab®
Considerando a sua ação rápida e suas propriedades de oxidação seletiva, o dióxido de cloro é capaz de reduzir a atividade microbiológica de modo significativo, rápida e eficientemente, a uma taxa de alimentação menor do que os biocidas oxidantes tradicionais. O controle microbiológico é obtido com o uso de menos dióxido de cloro e as taxas de corrosão são reduzidas.


Conclusão
De acordo com os resultados obtidos a partir do simulador de processos SuperPro Designer, foi possível prever a eficiência da planta geradora e após experimentos realizados na empresa em estudo, concluiu-se que foi possível obter a dosagem ideal de dióxido de cloro para o processo de fabricação, alcançando a expectativa e permitindo avaliar que é possível maximizar lucros reduzindo os custos com manutenções de tubulações, compra de novas vestimentas e perda de papel na fabricação. Na simulação, os resultados encontrados corroboram que o processo de geração de ClO2 na indústria de papel pode gerar melhorias ao processo, aumentando a eficiência da planta, além de minimizar impactos ao processo produtivo.O estudo da simulação de processo, permitiu concluir que os Softwares comerciais desenvolvidos para simulação facilitam a modelagem do sistema, permitem prever alterações e melhorias que podem ser feitas nas variáveis, otimizando o processo.

Referências
BAIRD, Colin. Química ambiental. Reverté, 2001.
FELKEY, K. D. et al. Optimizationofchlorinetreatmentsandtheeffectsonsurvivalof Salmonella spp. OntoMatosurfaces. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P212, p. 132
IBÁ - Indústria Brasileira de Árvores. Relatório IBÁ 2015. Brasília, 2015.
INTELLIGEN, INC. Superpro designer®. Disponível em: <http://www.intelligen.com/superpro_overview.html>. Acesso em: 31 out. 2018.
RASH, V. A. Physicalandchemicaltreatments for controlof Salmonella oncataloperiods. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P240, p. 142.
ROBUSTI, et al. Papel. 1 ed. São Paulo - SESI SENAI Editora, 2015. 566 p. ISBN: ISBN 978-85-8393-930-6
SHIN, Ho-Sang; JUNG, Dong-Gyun. Determinationofchlorinedioxide in waterbygaschromatography–massspectrometry. Journal of Chromatography A, v. 1123, n. 1, p. 92-97, 2006.
_______________________________________________________________________

Dados entrada do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Clorato de Sódio 5,78333 . 10-6
Peróxido de Hidrogênio 5,78333 . 10-6
Ácido Sulfúrico 5,88333 . 10-6

Reagentes   Produtos
Componente Coeficiente   Componente Coeficiente
Clorato de Sódio 212,882   Dióxido de Cloro 143,903
Peróxido de Hidrogênio 34,014   Oxigênio 31,99
Ácido Sulfúrico 98,073   Sulfato de Sódio 142,037
Total 344,969   Água 36,039
      Total 344,969

Saída do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Dióxido de Cloro 0,00012627
Oxigênio 6,26944 . 10-5
Sulfato de Sódio 8,79722 . 10-5
Água 5,55277 . 10-5

Concentração teórica Concentração medida Eficiência
(ppm) (ppm

---

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Termos comuns: 0
Similaridade: 0%


Simulação do Processo de Geração do CLO2 em uma Indústria de Fabricação de Papel
Simulation of the CLO2 Generation Process in a Paper Manufacturing Industry
Samantha Cardoso Ferreira1*, Hídila Souza Teixeira da Silva2, Elisa Barbosa Marra3, Marcela Galdino de Freitas4, Luis Felipe Caramez Berteges5, Cristiane de Souza Siqueira Pereira6

1 2 3 6 Curso de Engenharia Química da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
4 Departamento de Engenharia Química da UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil,
5 Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
*samanthacardoso2010@bol.com.br

Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE/index
ARTIGO ORIGINAL

OPEN ACCESS

Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engeneering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. 5, N.º 1, p. aa-bb. (2019). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
ARTIGO INFO.
Recebido em: 12/11/2018
Aprovado em: 14/11/2018
Disponibilizado em:
Palavras-chave:
ProsimPlus; Destilação; dipropilenoglicol.
Keywords:
ProsimPlus; Distillation; Dipropylene Glycol.

Copyright © 2018, Ferreira et al. Esta obra está sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso.
*Autor Correspondente: Samantha Cardoso Ferreira

RESUMO

Citação
(APA):
Deboçam

et
al. (2019)
Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando
dipropilenoglicol
.

Brazilian

Journal

of

Production

Engineering
,
5
(1):
116-128. Na fabricação do papel e da celulose as condições ótimas de processo tais como temperatura, pH e nutrientes devem ser monitoradas para crescimento de microrganismos. Para impedir a proliferação destes microrganismos o dióxido de cloro (ClO2) é utilizado como biocida, apresentando excelentes resultados quando comparado a outros agentes sanitizantes. Embora o cloro gasoso seja menos oneroso, o custo geral do tratamento com ClO2 geralmente é menor, devido à sua melhor eficiência. Objetivou-se no presente trabalho a simulação do processo de geração do ClO2 desenvolvida em um simulador de processos a fim de avaliar a eficiência da planta geradora de ClO2. Foi utilizado o simulador de processos comercial SuperProDesigner v9.0 e para desenvolvimento do fluxograma do processo considerou-se um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR). Os resultados obtidos com a simulação foram satisfatórios alcançando-se 95% de eficiência e corroboram os dados experimentais. Os resultados obtidos mostraram também que a dosagem indicada para desinfecção do meio reacional sem agredir as tubulações e vestimentas foi alcançada.

ABSTRACT
In paper and cellulose manufacture, optimum process conditions such as temperature, pH and nutrients should be monitored for growth of microorganisms. To prevent the proliferation of these microorganisms chlorine dioxide (ClO2) is used as a biocide, presenting excellent resultswhen compared to other sanitizing agents. Although chlorine gas is less expensive, the overall cost of treatment with ClO2 is generally lower because of its better efficiency. The objective of this work was to simulate the ClO2 generation process developed in a process simulator in order to evaluate the kinetics of the reaction, the optimum dosage for effective disinfection, to evaluate the residual ClO2 and the efficiency of the generation plant. The commercial process simulator SuperPro Designer v9.0 was used and for the development of the flowchart of the process acontinuous stirred tank reactor (CSTR) was considered. The results obtained with the simulation were satisfactory reaching 95% efficiency and corroborate the experimental data. The results also showed that the indicated dosage for disinfection of the reaction medium without attacking the pipes and clothing was reached.
8

6
- 3 -
Deboçam et al. (2019) Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando dipropilenoglicol.

Introdução
O ramo de papel e celulose no Brasil é uma área bastante competitiva, fruto da alta produtividade da atividade florestal, derivada de décadas de investimentos intensivos em pesquisa e desenvolvimento, assim como das condições edafoclimáticas do Brasil. Entre os anos de 1970-2013, houve um aumento da produção brasileira de celulose cerca de 7,1% ao ano, onde consequentemente refletiu na produção de papel, com uma taxa de 5,4% ao ano, colocando o Brasil como um dos maiores produtores de celulose no mundo (IBÁ, 2015).
Há um grande consumo de matérias-primas orgânicas na indústria papeleira, dentre elas podemos citar como exemplo a celulose que é consumida no processo numa média de 80% em receita e também de água, para diluição das massas de matéria-prima ou para diluente de seus efluentes, aproximadamente 12.000 litros para cada tonelada de papel é consumida,o que coloca o Brasil em uma escala favorável para a produção de papel e celulose, uma vez que as reservas brasileiras favorecem isso (CABRAL, 2016).
O meio reacional da fabricação de papel é propício para o desenvolvimento de microrganismos levando em consideração a temperatura, pH e nutrientes orgânicos, ambiente ao qual as bactérias podem se multiplicar facilmente, onde há um grande interesse do uso de mecanismos que possam inibir a proliferação desses, uma vez que, as bactérias são um dos fatores desfavoráveis no processo de produção de papel.O cloro apresenta baixa estabilidade e possui função biocida somente em pH ácido devido a sua faixa de aplicação a pH < 7.0, quando no processo de fabricação de papel o meio reacional apresenta uma faixa de pH entre 6.0 a 9.0,nessas condições não tem ação biocida efetiva, outro ponto importante, é o fato da hidrólise de fibras sintéticas de poliamida (matéria-prima de telas formadoras e feltros úmidos) devido a geração do íon cloreto favorecendo o ataque químico de vestimentas reduzindo sua vida útil, conforme a Figura 1 (ROBUSTI et al., 2015).



Figura 1. Representação da tela formadora que sofreu hidrólise nas fibras de poliamida.




Hidrólise da tela formadora






Fonte: Os autores.

Todavia o uso do hipoclorito e de outros sais de cloro considerados os primeiros quando se trata da formação de cloraminas orgânicas tem se tornado uma grande preocupação, pois a interação do cloro com a matéria orgânica do meio produz subprodutos da desinfecção, entre eles ostrihalometanos (THMs), presumidos como carcinogênicos, sendo assim, há um estímulo na procura por um desinfetante alternativo, passando-se a investigar o dióxido de cloro (ClO2) (BAIRD, 2001).
A descoberta do dióxido de cloro (ClO2) foi feita por Sir Humphrey Davy em 1811, acidificando clorato de potássio com ácido sulfúrico e por fim, produzindo um gás verde-amarelo vindo a chamar-lhe “euchlorine”(SHIN & JUNG, 2006).
O dióxido de cloro é um gás à temperatura ambiente, pois não sofre qualquer alteração com as variações de temperatura atmosféricas, além disso, é um forte agente oxidante, que geralmente, reage por meio da transferência de elétrons operando na membrana celular, desidratando, penetrando,oxidando internamente a célula microbiana sem causar ação tóxica como ocorre na maioria dos compostos de cloro(FELKEY, 2003).
Destaca-setambém que é eficaz com os microrganismos gram negativos e gram positivos. Os compostos fenólicos são hidrolisados e assim há a diminuição da formação de sabores e odores anormais. Outro fator importante é a sua ação esporicida e sanitizante que se dá em menores concentrações de cloro, que é consequência de ser solúvel em óleos e soluções de composição mistas como, por exemplo, células de bactérias e vírus, onde as membranas penetram facilmente, diferentes de outras substâncias polares. Recentemente, vários trabalhos com o dióxido de cloro foram realizados em diferentes países (RASH, 2003).
Com isso observa-se a necessidade que sejam desenvolvidas rotas tecnológicas visando à produção de dióxido de cloro.
Os simuladores de processos são ferramentas indispensáveis nos estudos e no planejamento de projetos, assim como em processos já em operação, permitindo prever as condições do processo produtivo.
O SuperPro Designer, fornece dimensionamento de equipamentos, cálculo de custos, avaliação econômica, balanços de massa e energia, por isso, este software foi escolhido para a simulação e um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR) foi proposto (INTELLIGEN, INC.).

Materiais e Métodos
Para a simulação da geração do Dióxido de Cloro um reator do tipo CSTR (continuousstirred-tankreactor) foi desenvolvido no simulador de processos, como pode ser visualizado na figura 2.Asvariáveis de processo analisadas foram fluxo mássicoe vazão de alimentaçãobaseadas na reação conforme equação 1.
(2NaClO3+ H2O2) + H2SO42ClO2 + O2 + Na2SO4 + 2H2O(1)
Onde: NaClO3 = Clorato de Sódio, H2O2 = Peróxido de Hidrogênio, H2SO4 = Ácido Sulfúrico, ClO2 = Dióxido de Cloro, O2 = Oxigênio, Na2SO4 = Sulfato de Sódio e H2O = Água.
Figura 2. Representação esquemática da produção de dióxido de cloro no reator do tipo CSTR.










Fonte -SuperPro Designer v9.0.


Para reatores do tipo CSTR o SuperPro Designer conta com uma ferramenta que propõe o fluxo mássico da alimentação do processo. Esse fluxo foi calculado através da equação 2.



Onde? é a ordem da reação,k é a constante cinética, K1 e K2 são constantes de inibição em kmol/m3e Ci é a concentração da espécie i. ATabela 1 apresenta as condições de alimentação do reator:

Tabela 1. Fluxos mássicos da alimentação proposta pelo SuperProDesigner

Fonte própria

Nesse cenário, operou-se o reator a uma temperatura de 323,15 K e uma pressão de 100KPa.Tendo como base, o balanço estequiométrico da reação, que é representado na tabela 2.

Tabela 2. Balanço estequiométrico da reação proposto pelo SuperPro Designer

Fonte-(Adaptado) SuperPro Designer v9.0.

Para a realização do balanço de massa, foram definidos os reagentes sendo o fluxo de entrada e o fluxo de saída o produto dióxido de cloro.


Resultados e Discussões
A solução aquosa de dióxido de cloro produzida está substancialmente livre de ácido cloroso e de preferência está livre de outros subprodutos, tais como cloreto de sódio e cloro livre.A tabela 3 representa as correntes da saída do sistema.
Tabela 3. Fluxo mássico da saída do reator CSTR
Fonte - (Adaptado) Relatório do SuperPro Designer v9.0.

Para fins de comparação, analisou-seos resultados experimentais obtidos por uma planta de processo de produção de dióxido de cloro in siterepresentada na figura 3.

Figura 3. Representação da planta de produção do dióxido de cloro.

Fonte - arquivo da empresa em estudo

A solução aquosa de clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe o ácido sulfúrico são bombeadas separadamente através de bombas dosadoras eletromagnéticas e misturadas em um reator onde é gerado o gás ClO2. No topo do gerador existe um ejetor por onde passa a água industrial e forma-se um vácuo, esse vácuo que é gerado pela passagem de água de arraste no ejetor faz com que o ClO2 seja solubilizado na água e removido do reator. A solução de ClO2 então é aplicada em diversos pontos do processo de fabricação de papel.Na prática, o que é observado, é uma solução líquida amarela.A planta geradora possui sistemas de alarme e na hipótese de falta de água ou a bomba de água não funcionar, o vácuo não é gerado, logo o equipamento é desligado.Em caso da falta do componente A ou ácido, ou as respectivas bombas não funcionarem, o vácuo formado será maior comparado à produção normal e o equipamento será desligado.A planta em análise, opera a uma vazão de alimentação de 23,2 mL/min, composta de uma mistura aquosade clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe 23,6 mL/min de H2SO4 (ácido sulfúrico), produzindo 0,49 kg/h de ClO2à -520,9 mmHg de vácuo conforme figura 4.

Figura 4. Fluxograma da produção do dióxido de cloro.
Fonte: Os autores.

Nessas condições de operação para avaliar a eficiência da planta calculou-se a concentração teórica e concentração medida. Com os dados obtidos o processo de geração foi avaliado em termos de eficiência (%) calculada a partir da Equação 3.



Os resultados obtidos após a simulação indicaram uma eficiência de 95% na produção de dióxido de cloro. Este valor atende as expectativas visto que a planta geradora in site da empresa em estudo apresentou uma eficiência de 97%. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos da planta geradora da empresa.

Tabela 4. Resultados obtidos para cálculo da eficiência da planta geradora
Fonte - Empresa em estudo

Tendo em vista a eficiência da produção de dióxido de cloro, baseado em dados fornecidos pela empresa, a dosagem do ClO2kg/Tde papel produzidovs o seu residual (ppm) em valores acima de 0,5 ppm (concentração estabelecida após análises laboratoriais) afeta as tubulações e vestimentas com ataques químicos, desta forma foram realizados testes com dosagens diferentes. Analisando os fluxos de 0,09e 0,08 kg/Tobservou-seinstabilidade e valores acima da tolerância. Considerando a análise do residual, após correção da dosagem para 0,07 kg/T de papel produzido na planta geradora, os valores do residual de ClO2apresentaram-seestabilidade dentro da faixa de tolerância que é de 0,05 a 0,5 ppm conforme carta de controle apresentadano gráfico 1. Obteve-se assim aconcentraçãoótima de dióxido de cloro para promover a desinfecção através da oxidação.Em relação ao controle da dosagem ótima de 0,07 kg deClO2/T de papel produzido, o gerador oferece informações de vazão volumétrica da solução, taxa de geração que são monitorados pela sala de controle, garantindo um processo estável de geração não excedendo o valor preestabelecido após estudos.

Gráfico 1. Representação gráfica da dosagem de ClO2vs residual de ClO2 no processo de fabricação de papel










Fonte - (Adaptado) Minitab®
Considerando a sua ação rápida e suas propriedades de oxidação seletiva, o dióxido de cloro é capaz de reduzir a atividade microbiológica de modo significativo, rápida e eficientemente, a uma taxa de alimentação menor do que os biocidas oxidantes tradicionais. O controle microbiológico é obtido com o uso de menos dióxido de cloro e as taxas de corrosão são reduzidas.


Conclusão
De acordo com os resultados obtidos a partir do simulador de processos SuperPro Designer, foi possível prever a eficiência da planta geradora e após experimentos realizados na empresa em estudo, concluiu-se que foi possível obter a dosagem ideal de dióxido de cloro para o processo de fabricação, alcançando a expectativa e permitindo avaliar que é possível maximizar lucros reduzindo os custos com manutenções de tubulações, compra de novas vestimentas e perda de papel na fabricação. Na simulação, os resultados encontrados corroboram que o processo de geração de ClO2 na indústria de papel pode gerar melhorias ao processo, aumentando a eficiência da planta, além de minimizar impactos ao processo produtivo.O estudo da simulação de processo, permitiu concluir que os Softwares comerciais desenvolvidos para simulação facilitam a modelagem do sistema, permitem prever alterações e melhorias que podem ser feitas nas variáveis, otimizando o processo.

Referências
BAIRD, Colin. Química ambiental. Reverté, 2001.
FELKEY, K. D. et al. Optimizationofchlorinetreatmentsandtheeffectsonsurvivalof Salmonella spp. OntoMatosurfaces. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P212, p. 132
IBÁ - Indústria Brasileira de Árvores. Relatório IBÁ 2015. Brasília, 2015.
INTELLIGEN, INC. Superpro designer®. Disponível em: <http://www.intelligen.com/superpro_overview.html>. Acesso em: 31 out. 2018.
RASH, V. A. Physicalandchemicaltreatments for controlof Salmonella oncataloperiods. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P240, p. 142.
ROBUSTI, et al. Papel. 1 ed. São Paulo - SESI SENAI Editora, 2015. 566 p. ISBN: ISBN 978-85-8393-930-6
SHIN, Ho-Sang; JUNG, Dong-Gyun. Determinationofchlorinedioxide in waterbygaschromatography–massspectrometry. Journal of Chromatography A, v. 1123, n. 1, p. 92-97, 2006.
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Dados entrada do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Clorato de Sódio 5,78333 . 10-6
Peróxido de Hidrogênio 5,78333 . 10-6
Ácido Sulfúrico 5,88333 . 10-6

Reagentes   Produtos
Componente Coeficiente   Componente Coeficiente
Clorato de Sódio 212,882   Dióxido de Cloro 143,903
Peróxido de Hidrogênio 34,014   Oxigênio 31,99
Ácido Sulfúrico 98,073   Sulfato de Sódio 142,037
Total 344,969   Água 36,039
      Total 344,969

Saída do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Dióxido de Cloro 0,00012627
Oxigênio 6,26944 . 10-5
Sulfato de Sódio 8,79722 . 10-5
Água 5,55277 . 10-5

Concentração teórica Concentração medida Eficiência
(ppm) (ppm

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Simulação do Processo de Geração do CLO2 em uma Indústria de Fabricação de Papel
Simulation of the CLO2 Generation Process in a Paper Manufacturing Industry
Samantha Cardoso Ferreira1*, Hídila Souza Teixeira da Silva2, Elisa Barbosa Marra3, Marcela Galdino de Freitas4, Luis Felipe Caramez Berteges5, Cristiane de Souza Siqueira Pereira6

1 2 3 6 Curso de Engenharia Química da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
4 Departamento de Engenharia Química da UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil,
5 Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
*samanthacardoso2010@bol.com.br

Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE/index
ARTIGO ORIGINAL

OPEN ACCESS

Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engeneering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. 5, N.º 1, p. aa-bb. (2019). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
ARTIGO INFO.
Recebido em: 12/11/2018
Aprovado em: 14/11/2018
Disponibilizado em:
Palavras-chave:
ProsimPlus; Destilação; dipropilenoglicol.
Keywords:
ProsimPlus; Distillation; Dipropylene Glycol.

Copyright © 2018, Ferreira et al. Esta obra está sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso.
*Autor Correspondente: Samantha Cardoso Ferreira

RESUMO

Citação
(APA):
Deboçam

et
al. (2019)
Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando
dipropilenoglicol
.

Brazilian

Journal

of

Production

Engineering
,
5
(1):
116-128. Na fabricação do papel e da celulose as condições ótimas de processo tais como temperatura, pH e nutrientes devem ser monitoradas para crescimento de microrganismos. Para impedir a proliferação destes microrganismos o dióxido de cloro (ClO2) é utilizado como biocida, apresentando excelentes resultados quando comparado a outros agentes sanitizantes. Embora o cloro gasoso seja menos oneroso, o custo geral do tratamento com ClO2 geralmente é menor, devido à sua melhor eficiência. Objetivou-se no presente trabalho a simulação do processo de geração do ClO2 desenvolvida em um simulador de processos a fim de avaliar a eficiência da planta geradora de ClO2. Foi utilizado o simulador de processos comercial SuperProDesigner v9.0 e para desenvolvimento do fluxograma do processo considerou-se um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR). Os resultados obtidos com a simulação foram satisfatórios alcançando-se 95% de eficiência e corroboram os dados experimentais. Os resultados obtidos mostraram também que a dosagem indicada para desinfecção do meio reacional sem agredir as tubulações e vestimentas foi alcançada.

ABSTRACT
In paper and cellulose manufacture, optimum process conditions such as temperature, pH and nutrients should be monitored for growth of microorganisms. To prevent the proliferation of these microorganisms chlorine dioxide (ClO2) is used as a biocide, presenting excellent resultswhen compared to other sanitizing agents. Although chlorine gas is less expensive, the overall cost of treatment with ClO2 is generally lower because of its better efficiency. The objective of this work was to simulate the ClO2 generation process developed in a process simulator in order to evaluate the kinetics of the reaction, the optimum dosage for effective disinfection, to evaluate the residual ClO2 and the efficiency of the generation plant. The commercial process simulator SuperPro Designer v9.0 was used and for the development of the flowchart of the process acontinuous stirred tank reactor (CSTR) was considered. The results obtained with the simulation were satisfactory reaching 95% efficiency and corroborate the experimental data. The results also showed that the indicated dosage for disinfection of the reaction medium without attacking the pipes and clothing was reached.
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Deboçam et al. (2019) Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando dipropilenoglicol.

Introdução
O ramo de papel e celulose no Brasil é uma área bastante competitiva, fruto da alta produtividade da atividade florestal, derivada de décadas de investimentos intensivos em pesquisa e desenvolvimento, assim como das condições edafoclimáticas do Brasil. Entre os anos de 1970-2013, houve um aumento da produção brasileira de celulose cerca de 7,1% ao ano, onde consequentemente refletiu na produção de papel, com uma taxa de 5,4% ao ano, colocando o Brasil como um dos maiores produtores de celulose no mundo (IBÁ, 2015).
Há um grande consumo de matérias-primas orgânicas na indústria papeleira, dentre elas podemos citar como exemplo a celulose que é consumida no processo numa média de 80% em receita e também de água, para diluição das massas de matéria-prima ou para diluente de seus efluentes, aproximadamente 12.000 litros para cada tonelada de papel é consumida,o que coloca o Brasil em uma escala favorável para a produção de papel e celulose, uma vez que as reservas brasileiras favorecem isso (CABRAL, 2016).
O meio reacional da fabricação de papel é propício para o desenvolvimento de microrganismos levando em consideração a temperatura, pH e nutrientes orgânicos, ambiente ao qual as bactérias podem se multiplicar facilmente, onde há um grande interesse do uso de mecanismos que possam inibir a proliferação desses, uma vez que, as bactérias são um dos fatores desfavoráveis no processo de produção de papel.O cloro apresenta baixa estabilidade e possui função biocida somente em pH ácido devido a sua faixa de aplicação a pH < 7.0, quando no processo de fabricação de papel o meio reacional apresenta uma faixa de pH entre 6.0 a 9.0,nessas condições não tem ação biocida efetiva, outro ponto importante, é o fato da hidrólise de fibras sintéticas de poliamida (matéria-prima de telas formadoras e feltros úmidos) devido a geração do íon cloreto favorecendo o ataque químico de vestimentas reduzindo sua vida útil, conforme a Figura 1 (ROBUSTI et al., 2015).



Figura 1. Representação da tela formadora que sofreu hidrólise nas fibras de poliamida.




Hidrólise da tela formadora






Fonte: Os autores.

Todavia o uso do hipoclorito e de outros sais de cloro considerados os primeiros quando se trata da formação de cloraminas orgânicas tem se tornado uma grande preocupação, pois a interação do cloro com a matéria orgânica do meio produz subprodutos da desinfecção, entre eles ostrihalometanos (THMs), presumidos como carcinogênicos, sendo assim, há um estímulo na procura por um desinfetante alternativo, passando-se a investigar o dióxido de cloro (ClO2) (BAIRD, 2001).
A descoberta do dióxido de cloro (ClO2) foi feita por Sir Humphrey Davy em 1811, acidificando clorato de potássio com ácido sulfúrico e por fim, produzindo um gás verde-amarelo vindo a chamar-lhe “euchlorine”(SHIN & JUNG, 2006).
O dióxido de cloro é um gás à temperatura ambiente, pois não sofre qualquer alteração com as variações de temperatura atmosféricas, além disso, é um forte agente oxidante, que geralmente, reage por meio da transferência de elétrons operando na membrana celular, desidratando, penetrando,oxidando internamente a célula microbiana sem causar ação tóxica como ocorre na maioria dos compostos de cloro(FELKEY, 2003).
Destaca-setambém que é eficaz com os microrganismos gram negativos e gram positivos. Os compostos fenólicos são hidrolisados e assim há a diminuição da formação de sabores e odores anormais. Outro fator importante é a sua ação esporicida e sanitizante que se dá em menores concentrações de cloro, que é consequência de ser solúvel em óleos e soluções de composição mistas como, por exemplo, células de bactérias e vírus, onde as membranas penetram facilmente, diferentes de outras substâncias polares. Recentemente, vários trabalhos com o dióxido de cloro foram realizados em diferentes países (RASH, 2003).
Com isso observa-se a necessidade que sejam desenvolvidas rotas tecnológicas visando à produção de dióxido de cloro.
Os simuladores de processos são ferramentas indispensáveis nos estudos e no planejamento de projetos, assim como em processos já em operação, permitindo prever as condições do processo produtivo.
O SuperPro Designer, fornece dimensionamento de equipamentos, cálculo de custos, avaliação econômica, balanços de massa e energia, por isso, este software foi escolhido para a simulação e um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR) foi proposto (INTELLIGEN, INC.).

Materiais e Métodos
Para a simulação da geração do Dióxido de Cloro um reator do tipo CSTR (continuousstirred-tankreactor) foi desenvolvido no simulador de processos, como pode ser visualizado na figura 2.Asvariáveis de processo analisadas foram fluxo mássicoe vazão de alimentaçãobaseadas na reação conforme equação 1.
(2NaClO3+ H2O2) + H2SO42ClO2 + O2 + Na2SO4 + 2H2O(1)
Onde: NaClO3 = Clorato de Sódio, H2O2 = Peróxido de Hidrogênio, H2SO4 = Ácido Sulfúrico, ClO2 = Dióxido de Cloro, O2 = Oxigênio, Na2SO4 = Sulfato de Sódio e H2O = Água.
Figura 2. Representação esquemática da produção de dióxido de cloro no reator do tipo CSTR.










Fonte -SuperPro Designer v9.0.


Para reatores do tipo CSTR o SuperPro Designer conta com uma ferramenta que propõe o fluxo mássico da alimentação do processo. Esse fluxo foi calculado através da equação 2.



Onde? é a ordem da reação,k é a constante cinética, K1 e K2 são constantes de inibição em kmol/m3e Ci é a concentração da espécie i. ATabela 1 apresenta as condições de alimentação do reator:

Tabela 1. Fluxos mássicos da alimentação proposta pelo SuperProDesigner

Fonte própria

Nesse cenário, operou-se o reator a uma temperatura de 323,15 K e uma pressão de 100KPa.Tendo como base, o balanço estequiométrico da reação, que é representado na tabela 2.

Tabela 2. Balanço estequiométrico da reação proposto pelo SuperPro Designer

Fonte-(Adaptado) SuperPro Designer v9.0.

Para a realização do balanço de massa, foram definidos os reagentes sendo o fluxo de entrada e o fluxo de saída o produto dióxido de cloro.


Resultados e Discussões
A solução aquosa de dióxido de cloro produzida está substancialmente livre de ácido cloroso e de preferência está livre de outros subprodutos, tais como cloreto de sódio e cloro livre.A tabela 3 representa as correntes da saída do sistema.
Tabela 3. Fluxo mássico da saída do reator CSTR
Fonte - (Adaptado) Relatório do SuperPro Designer v9.0.

Para fins de comparação, analisou-seos resultados experimentais obtidos por uma planta de processo de produção de dióxido de cloro in siterepresentada na figura 3.

Figura 3. Representação da planta de produção do dióxido de cloro.

Fonte - arquivo da empresa em estudo

A solução aquosa de clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe o ácido sulfúrico são bombeadas separadamente através de bombas dosadoras eletromagnéticas e misturadas em um reator onde é gerado o gás ClO2. No topo do gerador existe um ejetor por onde passa a água industrial e forma-se um vácuo, esse vácuo que é gerado pela passagem de água de arraste no ejetor faz com que o ClO2 seja solubilizado na água e removido do reator. A solução de ClO2 então é aplicada em diversos pontos do processo de fabricação de papel.Na prática, o que é observado, é uma solução líquida amarela.A planta geradora possui sistemas de alarme e na hipótese de falta de água ou a bomba de água não funcionar, o vácuo não é gerado, logo o equipamento é desligado.Em caso da falta do componente A ou ácido, ou as respectivas bombas não funcionarem, o vácuo formado será maior comparado à produção normal e o equipamento será desligado.A planta em análise, opera a uma vazão de alimentação de 23,2 mL/min, composta de uma mistura aquosade clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe 23,6 mL/min de H2SO4 (ácido sulfúrico), produzindo 0,49 kg/h de ClO2à -520,9 mmHg de vácuo conforme figura 4.

Figura 4. Fluxograma da produção do dióxido de cloro.
Fonte: Os autores.

Nessas condições de operação para avaliar a eficiência da planta calculou-se a concentração teórica e concentração medida. Com os dados obtidos o processo de geração foi avaliado em termos de eficiência (%) calculada a partir da Equação 3.



Os resultados obtidos após a simulação indicaram uma eficiência de 95% na produção de dióxido de cloro. Este valor atende as expectativas visto que a planta geradora in site da empresa em estudo apresentou uma eficiência de 97%. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos da planta geradora da empresa.

Tabela 4. Resultados obtidos para cálculo da eficiência da planta geradora
Fonte - Empresa em estudo

Tendo em vista a eficiência da produção de dióxido de cloro, baseado em dados fornecidos pela empresa, a dosagem do ClO2kg/Tde papel produzidovs o seu residual (ppm) em valores acima de 0,5 ppm (concentração estabelecida após análises laboratoriais) afeta as tubulações e vestimentas com ataques químicos, desta forma foram realizados testes com dosagens diferentes. Analisando os fluxos de 0,09e 0,08 kg/Tobservou-seinstabilidade e valores acima da tolerância. Considerando a análise do residual, após correção da dosagem para 0,07 kg/T de papel produzido na planta geradora, os valores do residual de ClO2apresentaram-seestabilidade dentro da faixa de tolerância que é de 0,05 a 0,5 ppm conforme carta de controle apresentadano gráfico 1. Obteve-se assim aconcentraçãoótima de dióxido de cloro para promover a desinfecção através da oxidação.Em relação ao controle da dosagem ótima de 0,07 kg deClO2/T de papel produzido, o gerador oferece informações de vazão volumétrica da solução, taxa de geração que são monitorados pela sala de controle, garantindo um processo estável de geração não excedendo o valor preestabelecido após estudos.

Gráfico 1. Representação gráfica da dosagem de ClO2vs residual de ClO2 no processo de fabricação de papel










Fonte - (Adaptado) Minitab®
Considerando a sua ação rápida e suas propriedades de oxidação seletiva, o dióxido de cloro é capaz de reduzir a atividade microbiológica de modo significativo, rápida e eficientemente, a uma taxa de alimentação menor do que os biocidas oxidantes tradicionais. O controle microbiológico é obtido com o uso de menos dióxido de cloro e as taxas de corrosão são reduzidas.


Conclusão
De acordo com os resultados obtidos a partir do simulador de processos SuperPro Designer, foi possível prever a eficiência da planta geradora e após experimentos realizados na empresa em estudo, concluiu-se que foi possível obter a dosagem ideal de dióxido de cloro para o processo de fabricação, alcançando a expectativa e permitindo avaliar que é possível maximizar lucros reduzindo os custos com manutenções de tubulações, compra de novas vestimentas e perda de papel na fabricação. Na simulação, os resultados encontrados corroboram que o processo de geração de ClO2 na indústria de papel pode gerar melhorias ao processo, aumentando a eficiência da planta, além de minimizar impactos ao processo produtivo.O estudo da simulação de processo, permitiu concluir que os Softwares comerciais desenvolvidos para simulação facilitam a modelagem do sistema, permitem prever alterações e melhorias que podem ser feitas nas variáveis, otimizando o processo.

Referências
BAIRD, Colin. Química ambiental. Reverté, 2001.
FELKEY, K. D. et al. Optimizationofchlorinetreatmentsandtheeffectsonsurvivalof Salmonella spp. OntoMatosurfaces. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P212, p. 132
IBÁ - Indústria Brasileira de Árvores. Relatório IBÁ 2015. Brasília, 2015.
INTELLIGEN, INC. Superpro designer®. Disponível em: <http://www.intelligen.com/superpro_overview.html>. Acesso em: 31 out. 2018.
RASH, V. A. Physicalandchemicaltreatments for controlof Salmonella oncataloperiods. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P240, p. 142.
ROBUSTI, et al. Papel. 1 ed. São Paulo - SESI SENAI Editora, 2015. 566 p. ISBN: ISBN 978-85-8393-930-6
SHIN, Ho-Sang; JUNG, Dong-Gyun. Determinationofchlorinedioxide in waterbygaschromatography–massspectrometry. Journal of Chromatography A, v. 1123, n. 1, p. 92-97, 2006.
_______________________________________________________________________

Dados entrada do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Clorato de Sódio 5,78333 . 10-6
Peróxido de Hidrogênio 5,78333 . 10-6
Ácido Sulfúrico 5,88333 . 10-6

Reagentes   Produtos
Componente Coeficiente   Componente Coeficiente
Clorato de Sódio 212,882   Dióxido de Cloro 143,903
Peróxido de Hidrogênio 34,014   Oxigênio 31,99
Ácido Sulfúrico 98,073   Sulfato de Sódio 142,037
Total 344,969   Água 36,039
      Total 344,969

Saída do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Dióxido de Cloro 0,00012627
Oxigênio 6,26944 . 10-5
Sulfato de Sódio 8,79722 . 10-5
Água 5,55277 . 10-5

Concentração teórica Concentração medida Eficiência
(ppm) (ppm

---

Arquivo de entrada: 17 Engenharia de Operações e Processos - Ferreira et al.docx (2221 termos)
Arquivo encontrado: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2535871/ (2300 termos)

Termos comuns: 7
Similaridade: 0,15%


Simulação do Processo de Geração do CLO2 em uma Indústria de Fabricação de Papel
Simulation of the CLO2 Generation Process in a Paper Manufacturing Industry
Samantha Cardoso Ferreira1*, Hídila Souza Teixeira da Silva2, Elisa Barbosa Marra3, Marcela Galdino de Freitas4, Luis Felipe Caramez Berteges5, Cristiane de Souza Siqueira Pereira6

1 2 3 6 Curso de Engenharia Química da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
4 Departamento de Engenharia Química da UFRRJ, Seropédica, RJ, Brasil,
5 Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Vassouras, Vassouras, RJ, Brasil.
*samanthacardoso2010@bol.com.br

Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE/index
ARTIGO ORIGINAL

OPEN ACCESS

Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engeneering, São Mateus, Vol. X, N.º Y, p. aa-bb. (ano). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
Brazilian Journal of Production Engineering, São Mateus, Vol. 5, N.º 1, p. aa-bb. (2019). Editora CEUNES/DETEC.
Disponível em: http://periodicos.ufes.br/BJPE
ARTIGO INFO.
Recebido em: 12/11/2018
Aprovado em: 14/11/2018
Disponibilizado em:
Palavras-chave:
ProsimPlus; Destilação; dipropilenoglicol.
Keywords:
ProsimPlus; Distillation; Dipropylene Glycol.

Copyright © 2018, Ferreira et al. Esta obra está sob uma Licença Creative Commons Atribuição-Uso.
*Autor Correspondente: Samantha Cardoso Ferreira

RESUMO

Citação
(APA):
Deboçam

et
al. (2019)
Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando
dipropilenoglicol
.

Brazilian

Journal

of

Production

Engineering
,
5
(1):
116-128. Na fabricação do papel e da celulose as condições ótimas de processo tais como temperatura, pH e nutrientes devem ser monitoradas para crescimento de microrganismos. Para impedir a proliferação destes microrganismos o dióxido de cloro (ClO2) é utilizado como biocida, apresentando excelentes resultados quando comparado a outros agentes sanitizantes. Embora o cloro gasoso seja menos oneroso, o custo geral do tratamento com ClO2 geralmente é menor, devido à sua melhor eficiência. Objetivou-se no presente trabalho a simulação do processo de geração do ClO2 desenvolvida em um simulador de processos a fim de avaliar a eficiência da planta geradora de ClO2. Foi utilizado o simulador de processos comercial SuperProDesigner v9.0 e para desenvolvimento do fluxograma do processo considerou-se um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR). Os resultados obtidos com a simulação foram satisfatórios alcançando-se 95% de eficiência e corroboram os dados experimentais. Os resultados obtidos mostraram também que a dosagem indicada para desinfecção do meio reacional sem agredir as tubulações e vestimentas foi alcançada.

ABSTRACT
In paper and cellulose manufacture, optimum process conditions such as temperature, pH and nutrients should be monitored for growth of microorganisms. To prevent the proliferation of these microorganisms chlorine dioxide (ClO2) is used as a biocide, presenting excellent resultswhen compared to other sanitizing agents. Although chlorine gas is less expensive, the overall cost of treatment with ClO2 is generally lower because of its better efficiency. The objective of this work was to simulate the ClO2 generation process developed in a process simulator in order to evaluate the kinetics of the reaction, the optimum dosage for effective disinfection, to evaluate the residual ClO2 and the efficiency of the generation plant. The commercial process simulator SuperPro Designer v9.0 was used and for the development of the flowchart of the process acontinuous stirred tank reactor (CSTR) was considered. The results obtained with the simulation were satisfactory reaching 95% efficiency and corroborate the experimental data. The results also showed that the indicated dosage for disinfection of the reaction medium without attacking the pipes and clothing was reached.
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Deboçam et al. (2019) Simulação do processo de destilação extrativa do etanol utilizando dipropilenoglicol.

Introdução
O ramo de papel e celulose no Brasil é uma área bastante competitiva, fruto da alta produtividade da atividade florestal, derivada de décadas de investimentos intensivos em pesquisa e desenvolvimento, assim como das condições edafoclimáticas do Brasil. Entre os anos de 1970-2013, houve um aumento da produção brasileira de celulose cerca de 7,1% ao ano, onde consequentemente refletiu na produção de papel, com uma taxa de 5,4% ao ano, colocando o Brasil como um dos maiores produtores de celulose no mundo (IBÁ, 2015).
Há um grande consumo de matérias-primas orgânicas na indústria papeleira, dentre elas podemos citar como exemplo a celulose que é consumida no processo numa média de 80% em receita e também de água, para diluição das massas de matéria-prima ou para diluente de seus efluentes, aproximadamente 12.000 litros para cada tonelada de papel é consumida,o que coloca o Brasil em uma escala favorável para a produção de papel e celulose, uma vez que as reservas brasileiras favorecem isso (CABRAL, 2016).
O meio reacional da fabricação de papel é propício para o desenvolvimento de microrganismos levando em consideração a temperatura, pH e nutrientes orgânicos, ambiente ao qual as bactérias podem se multiplicar facilmente, onde há um grande interesse do uso de mecanismos que possam inibir a proliferação desses, uma vez que, as bactérias são um dos fatores desfavoráveis no processo de produção de papel.O cloro apresenta baixa estabilidade e possui função biocida somente em pH ácido devido a sua faixa de aplicação a pH < 7.0, quando no processo de fabricação de papel o meio reacional apresenta uma faixa de pH entre 6.0 a 9.0,nessas condições não tem ação biocida efetiva, outro ponto importante, é o fato da hidrólise de fibras sintéticas de poliamida (matéria-prima de telas formadoras e feltros úmidos) devido a geração do íon cloreto favorecendo o ataque químico de vestimentas reduzindo sua vida útil, conforme a Figura 1 (ROBUSTI et al., 2015).



Figura 1. Representação da tela formadora que sofreu hidrólise nas fibras de poliamida.




Hidrólise da tela formadora






Fonte: Os autores.

Todavia o uso do hipoclorito e de outros sais de cloro considerados os primeiros quando se trata da formação de cloraminas orgânicas tem se tornado uma grande preocupação, pois a interação do cloro com a matéria orgânica do meio produz subprodutos da desinfecção, entre eles ostrihalometanos (THMs), presumidos como carcinogênicos, sendo assim, há um estímulo na procura por um desinfetante alternativo, passando-se a investigar o dióxido de cloro (ClO2) (BAIRD, 2001).
A descoberta do dióxido de cloro (ClO2) foi feita por Sir Humphrey Davy em 1811, acidificando clorato de potássio com ácido sulfúrico e por fim, produzindo um gás verde-amarelo vindo a chamar-lhe “euchlorine”(SHIN & JUNG, 2006).
O dióxido de cloro é um gás à temperatura ambiente, pois não sofre qualquer alteração com as variações de temperatura atmosféricas, além disso, é um forte agente oxidante, que geralmente, reage por meio da transferência de elétrons operando na membrana celular, desidratando, penetrando,oxidando internamente a célula microbiana sem causar ação tóxica como ocorre na maioria dos compostos de cloro(FELKEY, 2003).
Destaca-setambém que é eficaz com os microrganismos gram negativos e gram positivos. Os compostos fenólicos são hidrolisados e assim há a diminuição da formação de sabores e odores anormais. Outro fator importante é a sua ação esporicida e sanitizante que se dá em menores concentrações de cloro, que é consequência de ser solúvel em óleos e soluções de composição mistas como, por exemplo, células de bactérias e vírus, onde as membranas penetram facilmente, diferentes de outras substâncias polares. Recentemente, vários trabalhos com o dióxido de cloro foram realizados em diferentes países (RASH, 2003).
Com isso observa-se a necessidade que sejam desenvolvidas rotas tecnológicas visando à produção de dióxido de cloro.
Os simuladores de processos são ferramentas indispensáveis nos estudos e no planejamento de projetos, assim como em processos já em operação, permitindo prever as condições do processo produtivo.
O SuperPro Designer, fornece dimensionamento de equipamentos, cálculo de custos, avaliação econômica, balanços de massa e energia, por isso, este software foi escolhido para a simulação e um reator do tipo tanque agitado contínuo (CSTR) foi proposto (INTELLIGEN, INC.).

Materiais e Métodos
Para a simulação da geração do Dióxido de Cloro um reator do tipo CSTR (continuousstirred-tankreactor) foi desenvolvido no simulador de processos, como pode ser visualizado na figura 2.Asvariáveis de processo analisadas foram fluxo mássicoe vazão de alimentaçãobaseadas na reação conforme equação 1.
(2NaClO3+ H2O2) + H2SO42ClO2 + O2 + Na2SO4 + 2H2O(1)
Onde: NaClO3 = Clorato de Sódio, H2O2 = Peróxido de Hidrogênio, H2SO4 = Ácido Sulfúrico, ClO2 = Dióxido de Cloro, O2 = Oxigênio, Na2SO4 = Sulfato de Sódio e H2O = Água.
Figura 2. Representação esquemática da produção de dióxido de cloro no reator do tipo CSTR.










Fonte -SuperPro Designer v9.0.


Para reatores do tipo CSTR o SuperPro Designer conta com uma ferramenta que propõe o fluxo mássico da alimentação do processo. Esse fluxo foi calculado através da equação 2.



Onde? é a ordem da reação,k é a constante cinética, K1 e K2 são constantes de inibição em kmol/m3e Ci é a concentração da espécie i. ATabela 1 apresenta as condições de alimentação do reator:

Tabela 1. Fluxos mássicos da alimentação proposta pelo SuperProDesigner

Fonte própria

Nesse cenário, operou-se o reator a uma temperatura de 323,15 K e uma pressão de 100KPa.Tendo como base, o balanço estequiométrico da reação, que é representado na tabela 2.

Tabela 2. Balanço estequiométrico da reação proposto pelo SuperPro Designer

Fonte-(Adaptado) SuperPro Designer v9.0.

Para a realização do balanço de massa, foram definidos os reagentes sendo o fluxo de entrada e o fluxo de saída o produto dióxido de cloro.


Resultados e Discussões
A solução aquosa de dióxido de cloro produzida está substancialmente livre de ácido cloroso e de preferência está livre de outros subprodutos, tais como cloreto de sódio e cloro livre.A tabela 3 representa as correntes da saída do sistema.
Tabela 3. Fluxo mássico da saída do reator CSTR
Fonte - (Adaptado) Relatório do SuperPro Designer v9.0.

Para fins de comparação, analisou-seos resultados experimentais obtidos por uma planta de processo de produção de dióxido de cloro in siterepresentada na figura 3.

Figura 3. Representação da planta de produção do dióxido de cloro.

Fonte - arquivo da empresa em estudo

A solução aquosa de clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe o ácido sulfúrico são bombeadas separadamente através de bombas dosadoras eletromagnéticas e misturadas em um reator onde é gerado o gás ClO2. No topo do gerador existe um ejetor por onde passa a água industrial e forma-se um vácuo, esse vácuo que é gerado pela passagem de água de arraste no ejetor faz com que o ClO2 seja solubilizado na água e removido do reator. A solução de ClO2 então é aplicada em diversos pontos do processo de fabricação de papel.Na prática, o que é observado, é uma solução líquida amarela.A planta geradora possui sistemas de alarme e na hipótese de falta de água ou a bomba de água não funcionar, o vácuo não é gerado, logo o equipamento é desligado.Em caso da falta do componente A ou ácido, ou as respectivas bombas não funcionarem, o vácuo formado será maior comparado à produção normal e o equipamento será desligado.A planta em análise, opera a uma vazão de alimentação de 23,2 mL/min, composta de uma mistura aquosade clorato de sódio com peróxido de hidrogênioe 23,6 mL/min de H2SO4 (ácido sulfúrico), produzindo 0,49 kg/h de ClO2à -520,9 mmHg de vácuo conforme figura 4.

Figura 4. Fluxograma da produção do dióxido de cloro.
Fonte: Os autores.

Nessas condições de operação para avaliar a eficiência da planta calculou-se a concentração teórica e concentração medida. Com os dados obtidos o processo de geração foi avaliado em termos de eficiência (%) calculada a partir da Equação 3.



Os resultados obtidos após a simulação indicaram uma eficiência de 95% na produção de dióxido de cloro. Este valor atende as expectativas visto que a planta geradora in site da empresa em estudo apresentou uma eficiência de 97%. A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos da planta geradora da empresa.

Tabela 4. Resultados obtidos para cálculo da eficiência da planta geradora
Fonte - Empresa em estudo

Tendo em vista a eficiência da produção de dióxido de cloro, baseado em dados fornecidos pela empresa, a dosagem do ClO2kg/Tde papel produzidovs o seu residual (ppm) em valores acima de 0,5 ppm (concentração estabelecida após análises laboratoriais) afeta as tubulações e vestimentas com ataques químicos, desta forma foram realizados testes com dosagens diferentes. Analisando os fluxos de 0,09e 0,08 kg/Tobservou-seinstabilidade e valores acima da tolerância. Considerando a análise do residual, após correção da dosagem para 0,07 kg/T de papel produzido na planta geradora, os valores do residual de ClO2apresentaram-seestabilidade dentro da faixa de tolerância que é de 0,05 a 0,5 ppm conforme carta de controle apresentadano gráfico 1. Obteve-se assim aconcentraçãoótima de dióxido de cloro para promover a desinfecção através da oxidação.Em relação ao controle da dosagem ótima de 0,07 kg deClO2/T de papel produzido, o gerador oferece informações de vazão volumétrica da solução, taxa de geração que são monitorados pela sala de controle, garantindo um processo estável de geração não excedendo o valor preestabelecido após estudos.

Gráfico 1. Representação gráfica da dosagem de ClO2vs residual de ClO2 no processo de fabricação de papel










Fonte - (Adaptado) Minitab®
Considerando a sua ação rápida e suas propriedades de oxidação seletiva, o dióxido de cloro é capaz de reduzir a atividade microbiológica de modo significativo, rápida e eficientemente, a uma taxa de alimentação menor do que os biocidas oxidantes tradicionais. O controle microbiológico é obtido com o uso de menos dióxido de cloro e as taxas de corrosão são reduzidas.


Conclusão
De acordo com os resultados obtidos a partir do simulador de processos SuperPro Designer, foi possível prever a eficiência da planta geradora e após experimentos realizados na empresa em estudo, concluiu-se que foi possível obter a dosagem ideal de dióxido de cloro para o processo de fabricação, alcançando a expectativa e permitindo avaliar que é possível maximizar lucros reduzindo os custos com manutenções de tubulações, compra de novas vestimentas e perda de papel na fabricação. Na simulação, os resultados encontrados corroboram que o processo de geração de ClO2 na indústria de papel pode gerar melhorias ao processo, aumentando a eficiência da planta, além de minimizar impactos ao processo produtivo.O estudo da simulação de processo, permitiu concluir que os Softwares comerciais desenvolvidos para simulação facilitam a modelagem do sistema, permitem prever alterações e melhorias que podem ser feitas nas variáveis, otimizando o processo.

Referências
BAIRD, Colin. Química ambiental. Reverté, 2001.
FELKEY, K. D. et al. Optimizationofchlorinetreatmentsandtheeffectsonsurvivalof Salmonella spp. OntoMatosurfaces. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P212, p. 132
IBÁ - Indústria Brasileira de Árvores. Relatório IBÁ 2015. Brasília, 2015.
INTELLIGEN, INC. Superpro designer®. Disponível em: <http://www.intelligen.com/superpro_overview.html>. Acesso em: 31 out. 2018.
RASH, V. A. Physicalandchemicaltreatments for controlof Salmonella oncataloperiods. In: ANNUAL MEETING OF IAFP (InternationalAssociation for FoodProtection), 90th., 2003, New Orleans. Programand Abstract Book... New Orleans, 2003. Abstract P240, p. 142.
ROBUSTI, et al. Papel. 1 ed. São Paulo - SESI SENAI Editora, 2015. 566 p. ISBN: ISBN 978-85-8393-930-6
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Dados entrada do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Clorato de Sódio 5,78333 . 10-6
Peróxido de Hidrogênio 5,78333 . 10-6
Ácido Sulfúrico 5,88333 . 10-6

Reagentes   Produtos
Componente Coeficiente   Componente Coeficiente
Clorato de Sódio 212,882   Dióxido de Cloro 143,903
Peróxido de Hidrogênio 34,014   Oxigênio 31,99
Ácido Sulfúrico 98,073   Sulfato de Sódio 142,037
Total 344,969   Água 36,039
      Total 344,969

Saída do sistema
Componente Fluxo mássico (kg/s)
Dióxido de Cloro 0,00012627
Oxigênio 6,26944 . 10-5
Sulfato de Sódio 8,79722 . 10-5
Água 5,55277 . 10-5

Concentração teórica Concentração medida Eficiência
(ppm) (ppm