10 - adopción de equipo 2003

XILITOL ARGENTINA S.A.__________________________________________

I.10. ADOPCIÓN DE EQUIPOS

10.1. Introducción

En este capítulo se realiza la selección y descripción de todos los equipos que forman parte del proceso de producción del Xilitol. Teniendo en cuenta las nuevas tecnologías disponibles, se evalúa el costo, la capacidad, los parámetros de seguridad, los proveedores, su mano de obra, entre otras variables que influyen sobre los mismos.Cabe destacar que, dentro de todas las unidades componentes del proceso, no se detallarán, el Reactor de Hidrolización, el Evaporador ni el Cristalizador, debido a que estos equipos ya fueron tratados en detalle en capítulos anteriores.Luego de efectuada la selección de los equipos involucrados, se lleva a cabo un análisis del proceso en general y se evalúa qué tipo de bombas colocar y qué sectores de la planta lo requieren.Se evaluará en cada caso, la factibilidad técnica y mecánica de los equipos en cuestión, resumiéndolas en cuadros que facilitan su comprensión.Por último, es preciso señalar, que la selección es el resultado del análisis de todos los factores que se consideran que impactan en el proceso productivo y que es preferible utilizar equipos estándares en lugar de aquellos “hechos a medida”.

10.2. Adopción de Equipos

Comenzamos en la etapa de preparación de la materia prima necesaria para llevar a cabo la producción del Xilitol. El Bagazo crudo se encuentra apilado en montañas, el mismo es triturado a un diámetro < a 0.84 mm y luego antes de ingresa al reactor de hidrolización pasa por un sacador para obtener un porcentaje de humedad de aproximadamente un 10%, según lo requerido por los estudios realizados1. Cabe aclarar que contaremos con un sector del terreno, el cual nos permitirá tener acumuladas una determinada cantidad de materia prima para llevar adelante el proceso.

10.2.1 Cinta Trasportadora

1 Study of the hydrolysis of sugar cane bagasse using phosphoric acid. (Sara Gámez a, Juan Jose González-Cabriales a, José Alberto

Ramírez a, Gil Garrote b, Manuel Vázquezc ).a Department of Food Science and Technology, U.A.M. Reynosa-Aztlán, Universidad Autónoma de Tamaulipas, Apdo. Postal 1015,Reynosa, Tamaulipas, 88700 México, México.b Departamento de Ingeniería Química, Facultad de Ciencias de Ourense, Campus de As Lagoas, Universidad de Vigo, 32004 Ourense, Spain.c Área de Tecnología de los Alimentos, Departamento Química Analítica, Escuela Politécnica Superior, Universidad de Santiago de Compostela, Campus de Lugo, 27002 Lugo, Spain.

1

ADOPCIÓN DE EQUIPOS___________________________________________________

Banda transportadoraLa banda utilizada para trasportar el bagazo crudo es de 50 cm de ancho, dos telas. En todos los casos su unión es vulcanizada, garantía ciento por ciento de durabilidad. El registro de tensión de la banda se realiza en el extremo superior por medio de roscas.

Estructura Construida en chapa reforzada plegada, con un diseño que le asegura gran robustez. Equipada con TRIO de rodillos ubicados convenientemente sobre travesaños internos, que completan el armado del conjunto.

Altura de trabajoLa estructura está montada sobre bastidores construidos en caño estructural rectangular. Para cambiar la inclinación de trabajo, se utiliza un malacate de accionamiento manual (muy liviano y seguro, con freno para el descenso), que por medio de roldanas y cable de acero, transmiten el movimiento.

TransporteDispone de un eje macizo con rodado tipo automotor para su traslado. Se ofrecen diferentes alternativas (patas de apoyo, ruedas giratorias, soporte especiales, etc) de acuerdo a requerimientos puntuales.

AccionamientoPor medio de motor eléctrico trifásico (potencia de acuerdo a longitud), con transmisión por medio de poleas y engranajes.

Terminación Como protección de la máquina se realiza una minuciosa limpieza de la misma con desengrasante-fosfatizante, luego se realiza la aplicación de base epoxy y la terminación final es con pintura poliuretanica. Esquema ideal para protección de equipos que van a trabajar en ambientes agresivos.

Mantenimiento El equipo fue desarrollado para no requerir atenciones cotidianas, ya que todos sus movimientos están montados sobre rodamientos y además cuentan con retenes protectores.

Rolos Rolos motriz y conducido del tipo ventilados para evitar adherencias de material y conseguir una eficiente tracción, montados sobre rodamientos blindados.


Instalación eléctricaLos equipos se entregan con tableros eléctricos con protección termomagnética y llave de accionamiento; o llave eléctrica de primera marca (sin tablero), según modelo. Junto al cable eléctrico de doble aislación y ficha de 380 Volts y 32 Amp, con descarga a tierra.

Equipamiento Standard provisto de fábrica.Malacate Manual Motor trifásico e instalación eléctrica. Neumáticos nuevos.

Por medio de esta cinta alimentamos el triturador. En la siguiente tabla I.10.1 se detalla la cinta trasportadora:

Especificaciones del Equipo

Tipo de equipoCINTA TRANSPORTADORA GRANELERA CON RODILLOS - Modelos R900

Material de contacto Acero al carbono

Caudal de alimentación 668.34 kg/hr

Recubrimiento polea motriz Recubrimiento con goma

Tipo de empalme Mecánico

Sistema impulsión Simple

Motor reductor

Tipo PFM-90

Potencia 5.5 HP

Velocidad 150 rpm

Intensidad de corriente 9 A

Relación Nominal 1:10

Dimensiones de la trituradora

Largo de la cinta 9 m

Ancho de la banda 0.5 m

Altura de descarga 2.45 m

Angulo de rodillos 20°

Área requerida por el equipo 4.5 m2

Precio del equipo u$s 2700

Fabricante:

Santa Joaquina 855. Telefax 54 341 4941329. S2138BWO Carcarañá. Santa Fe. Argentina

Tabla I.10.1

3


10.2.2 Triturador

El bagazo ingresa a la trituradora mediante la cintra transportadora, el mismo es reducido al tamaño especificado y por ultimo pasa por un secador para obtener un humedad del 10%. El objeto de cortarla en pequeños trozos es para facilitar la operación posterior de extracción.El modelo 50/66D que se muestra en la figura I.10.1, lleva montados, además de las fresas de corte, discos conductores especiales. Con respecto al modelo precedente, la variante D lleva 2 motores reductores de 7,5 y 10 HP con potencia total de 17,5 HP. El sistema de transmisión ha sido creado expresamente para los materiales más resistentes.

Figura I.10.1

Características del triturador:• Soporte de chapa de acero soldado eléctricamente de elevado espesor.• Soportes para rodamientos de rodillos en rótula con sistema de

estanqueidad contra polvos y líquidos.• Ejes de elevado espesor con 26 fresas de acero especial antidesgaste y 26

discos introductores para facilitar el agarre de cuerpos voluminosos.• Nueva colocación gradual dientes fresas a 22.5° para una mejor toma y

progresión de corte.• Dos reductores epicicloidales con ejes de rotación paralelos al eje de la

fresa.• 2 motores (7,5 KW – 5,5 kW).• Sistema de transmisión en baño de aceite con engranajes y piñones de

acero.• Cámara de corte con dimensiones de 500X660 mm.• Criba intercambiable que determina el tamaño del material triturado.• Tolva de chapa soldada eléctricamente con tapa corredera para la carga

frontal o desde arriba.• Base dotada de cajón que puede ser conectado al equipo de aspiración o

3 redes de protección con reja frontal dotada de micro de seguridad.


Características del sistema de control• Cuadro eléctrico según la norma CEE dotado de limitador de par que

invierte el movimiento de las fresas en caso de que la carga de trabajo de la máquina supere el valor programado.

• Tarjeta interna principal para el control de todas las periféricas de la instalación.

• Funciones de control de emergencia para la parada de la instalación en caso de introducción accidental de material ferroso.

• La fabricación de material granulado varía en relación con el tipo de piezas a moler y de las piezas que se desea obtener. En línea de máxima, se puede hipotetizar una producción de 400-700 Kg/hora.

• Ejecución según las normas CE.

Accesorios• Criba intercambiable que determina las medidas del material triturado (16-

20-35-55-85 mm).• Portillo de inspección de la cámara de trituración con micro.• Tapa superior tolva corrediza.

A continuación en la tabla I.10.2 se detalla las características de la trituradora:


Tipo de equipo Trituradora "TRITOTUTTO" Mod. 50/66D


Caudal de alimentación 668.34 kg/h

Transmisión Por engranaje

Número de ejes fresas 2

Número de fresas templadas 26

Número de ejes de introducción 2

Número de discos de introducción 26

Boca de alimentación (mm) 500 * 660

Peso total del equipo 1100 kg

Equipamiento de seguridadparada de emergencia, contacto de cierre tolva

Motor cant.: 2

Tipo RA 132SB2 / RA 132SA2

Potencia 10 HP / 7.5 HP

Velocidad 2895 rpm / 2895 rpm

Intensidad de corriente 15 A / 11 A

Peso 49 kg / 43 kg

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Dimensiones de la trituradora

Largo 2.114 m

Ancho 0.77 m

Altura 2.4 m


Precio del equipo

Fabricante:I.S.V.E. s.r.l.:

Vía S. Martino, 3925020 BORGO PONCARALE (BS)

Tel.: +39-030-2540.351Fax: +39-030-2640.874

Email: [email protected]

Tabla I.10.2

10.2.3 Soplador de aire

Con este equipo impulsamos el bagazo molido por la trituradora hacia el sacador Spray a una temperatura de 25°C. En la tabla I.10.3 se observa sus cualidades:

Características de Performance Disposición de transmisión directa, compacta, bajo costo y eficiencia. Diseñados para trabajos continuos en aplicaciones de alta presión. Funcionamiento estable desde la entrega de boca libre hasta el cierre. Temperatura máxima de operación 85°C.

Características constructivas Carcaza robusta toda soldada y de acero. El disco abulonado en la boca de entrada permite acceso al rotor Pedestal de chapa gruesa de acero soldado, reforzada con ángulos, para

obtener alineación positiva y funcionamiento suave. Rotor con paletas radiales construidos con acero soldadas enteramente.

Todos los rotores son estática y dinámicamente balanceados y cada unidad es sometida a un ensayo final de un funcionamiento antes de su envío.

Buje cónico de fijación del rotor en el eje (para tamaños grandes). Tres tornillos introducen al buje cónico dentro de la maza dando un ajuste

mailto:[email protected]


preciso y firme en el eje obteniéndose un rotor bien centrado. Se proveen tres agujeros para ubicar a los tornillos para facilitar el retiro del rotor sin necesidad de herramientas especiales.

Proporcionan máxima eficiencia con un mínimo servicio y mantenimiento. El tipo "R" es un producto de calidad controlada, plenamente garantizado. La unidad tipo "R" satisface los requerimientos industriales de alta presión y bajo volumen.EL diseño de acoplamiento directo se destaca por la economía de operación con rotores centrífugos de palas radiales de acero, montados directamente en el eje del motor eléctrico.Los turbo sopladores tipo "R" son rotables para adaptarlos a disposiciones de descarga estándar en etapas de 90°Estas unidades proporcionan una presión uniforme en toda la gama operativa, variando el requerimiento de energía según flujo de aire. Puede mantener un funcionamiento estable desde entrega libre hasta cierre mediante estrangulación en la descarga.Las unidades estándar se destinan para trabajar con aire limpio solamente. Para trabajar con atmósferas "sucias" se emplea filtro.


Tipo de equipo Turbo Soplador mod.: R-18


Caudal 15 m3/min

Temperatura del Fluido 25°C

N° de Pala Airfoil 5

Presión estática 4 mm.c.a

Motor 0.5 HP

Velocidad 900 rpm

Intensidad del sonido 60 dB

Precio del equipo

Fabricante:

Calle: Godoy Cruz 1663 – La tablada – Buenos Aires – Argentina

Tel.: 011- 46998969e-mail: [email protected]

Tabla I.10.3

10.2.4 Atomizador Spray

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Atomizador Spray: Secado de bagazo

El secador por aspersión consta de una cámara cilíndrica grande, casi siempre vertical, en la cual el material que se va a desecar se atomiza en pequeñas gotitas y dentro de la cual se alimenta un gran volumen de gas caliente que basta para abastecer el calor necesario para completar la evaporación del líquido. La transferencia de calor y la transferencia de masa se logran mediante el contacto directo del gas caliente con las gotitas dispersadas. Después de concluir la desecación, el gas enfriado y los sólidos se separan. Esto se logra de un modo parcial en la base de la cámara de desecación, clasificando y separando las partículas secas de mayor tamaño. Las partículas más pequeñas se separan del gas en ciclones externos. El empleo principal de este secador es para la desecación común de soluciones acuosas y lechadas.La desecación por roció comprende tres procesos unitarios fundamentales:

1) La atomización del líquido2) La mezcla de gotitas y gas3) La desecación de las gotitas del líquido

La atomización se logra, casi siempre por cualquiera de los tres dispositivos siguientes:

1) Boquillas a altas presión2) Boquillas de dos fluidos3) Discos centrífugos de alta velocidad

Con estos atomizadores se pueden dispersar soluciones delgadas en gotitas que llegan a tener tamaños del orden de 2 µm. El tamaño de las gotas mayores raramente excede de 500 µm (malla 35). Debido a la gran superficie de desecación total y a los tamaños pequeños de las gotitas creadas, el tiempo de desecación real en un desecador se mide en segundos. La resistencia total de una partícula dentro del sistema rara vez sobrepasa un promedio de 30 segundos.

1) Las boquillas de presión efectúan la atomización, forzando el líquido bajo una presión elevada y con un grado alto de rotación, atreves de un pequeño orificio. Las presiones oscilan entre 2700 a 69000 kPa/m2, según el grado de atomización, la capacidad y las propiedades físicas. El tamaño de las boquillas varía de 0.25 a 0.4 mm de diámetro, según la presión deseada para una capacidad en particular y el grado de atomización requerido.


Las bombas de pistón suministran los líquidos a alta presión y la erosión de las válvulas en estas bombas constituyen un problema de mantenimiento.

2) Las boquillas de dos fluidos no operan con eficacia a grandes capacidades y, en consecuencia, no se emplean muy a menudo en secadores de roció de tamaño comercial. Su principal ventaja es que funcionan a presiones relativamente bajas, del orden de 0 a 400 kPa/m2, en tanto que el fluido atomizante rara vez sobrepasa una presión de 700 kPa/m2. El fluido atomizante puede ser vapor o aire.

3) Los discos centrífugos atomizan líquidos diseminándolos en hojas delgadas las cuales se descargan a altas velocidad desde la periferia de un disco especialmente diseñado que gira con gran rapidez. Los objetivos principales del diseño del disco son asegurar que el líquido llegue al mismo con su velocidad y obtenga una distribución uniforme de tamaño de gotas en el líquido atomizado. El diámetro de los discos oscila de 5 cm en los modelos pequeños de laboratorio, hasta 35 cm para secadores de tamaño de fábrica o comerciales. Las velocidades habituales de los sacadores de tamaño comercial varían de 3000 a 20000 rpm, según sea el diámetro del disco y el grado de atomización deseado.La atomización con disco centrífugo tiene ventajas especiales para atomizar suspensiones y pastas que erosionan y taponan las boquillas. Las pastas se pueden manejar si se utilizan bombas de presión positiva para alimentarlas al disco. Los discos centrífugos se mueven por medio de bandas, con transmisiones directas y con un motor eléctrico de alta velocidad movido por un cambiador de frecuencia.

En general, la distribución de tamaño depende del diseño del atomizador, las propiedades del líquido y el grado de atomización.Una de las ventajas principales de la desecación de roció es que se generan partículas esféricas, lo cual rara vez se puede obtener por cualquier otro método de desecación. En la figura I.10.2 se ilustra un atomizador con disco de corriente paralela.

9


Figura I.10.2

En la Figura I.10.3 se observa el disco centrífugo adoptado

Figura I.10.3

En este equipo ingresa la corriente F1D = 668.34 kg/h a 25°C impulsada por aire comprimido, por la corriente F1E = 1268.4 kg/h ingresa aire caliente a 130°C para secar el bagazo de caña de azúcar.En la tabla I.10.4 se muestra el secador para el bagazo de caña de azúcar:


Tipo de equipoAtomizador con disco centrífugo – Modelo

1612

Material de contacto Acero Inoxidable AISI 316 L

Materia a Secar Bagazo de caña de azúcar

Temperatura de secado Entrada 130 °C Salida 110 °C

Temperatura del xilitol Entrada 25 °C Salida 80 °C


Agua evaporada 297.04 kg/h

Calor entregado 638013.962 kJ/h


Tipo de dispositivo Discos centrífugos de alta velocidad

Motor

Tipo y Forma:Motor eléctrico RA 71A2, Vertical

Potencia 0.5 HP

Velocidad 3000 rpm


Peso 6.8 kg

Quemador

Tipo:Quemador de aire indirecto - RRTB

Temperatura de calefacción 130 °C

Caudal del fluido calefactor 640 L/min

Calor necesario 638013.962 kJ/h

Combustible Gas natural

Dimensiones del secador

Diámetro 1.6 m

Ancho 2.2 m

Altura 4.8 m


Precio del equipo2 u$s 135.000,00

Fabricante:

General Vedia 215 - SarandíBuenos Aires - ARGENTINA

Tel.: (54-11) 4204-7019Fax: (54-11) 4205-2331

Tabla I.10.4

Atomizador Spray: Cristalización del Xilitol

2 En el mismo está incluido el motor y el quemador

11


Por medio de la corriente F32 = 194.36 kg/h, ingresa al atomizador la solución de xilitol y la corriente F33 = 1268.4 kg/h de aire caliente para lograr el secado de los cristales de Xilitol.En la tabla I.10.5 se detalla el secador para obtener xilitol seco:


Tipo de equipo Atomizador disco centrífugo Mod.: 1612


Material a secar Solución de xilitol

Temperatura de secado Entrada 130 °C Salida 100 °C

Temperatura del xilitol Entrada 110 °C Salida 55 °C


Agua evaporada 77.87 kg/h

Calor entregado 12853.585 kJ/h

Tipo de dispositivo Discos centrífugos de alta velocidad

Motor

Tipo y Forma:Motor eléctrico RA 71A2, Vertical

Potencia 0.5 HP

Velocidad 3000 rpm


Peso 6.8 kg

Quemador

Tipo:

Quemador de aire indirecto - RRTB

Temperatura de calefacción 130 °C

Caudal del fluido calefactor 640 L/min

Calor necesario 12853.585 kJ/h

Combustible Gas natural

Dimensiones del secador

Diámetro 1.6 m

Ancho 2.2 m

Altura 4.8 m



Precio del equipo3 u$s 135.000,00

Fabricante:

General Vedia 215 - SarandíBuenos Aires - ARGENTINA

Tel.: (54-11) 4204-7019Fax: (54-11) 4205-2331

Tabla I.10.5

10.2.5 Transporte de solido

Mediante este equipo alimentamos al reactor de hidrolización con bagazo de caña de azúcar (con un diámetro de partícula < 0.85 mm y con un 10% de humedad), proveniente del secador.A continuación en la tabla I.10.6 se detalla el tonillo sin fin que se calculo en el diseño del equipo N°1:


Tipo de equipo Sinfín Mod.: 6C12


Caudal de alimentación 371.3 kg/hr

Elevación de centros 2 m

Cajón de Recepción

Volumen 0.064 m3

Reja de seguridad atornillada si

Motor

Tipo RA 80A2

Potencia 1 HP

Velocidad 11 rpm

Intensidad de corriente 1.9 A

Peso 8.7 kg

Diámetro del tornillo 0.112 m

3 En el mismo está incluido el motor y el quemador

13


Dimensiones del Sin Fin

Ángulo de trabajo variable

Altura máxima 3 m

Largo del Tornillo 4 m

Área requerida por el equipo 4 m2

Precio del equipo

Fabricante:

Dirección: Castelli 1552 – 2600 – Venado Tuerto – Santa Fe – Argentina.

Teléfono/Fax: (54)(3462) 422072/424482/434033

Tabla I.10.6

10.2.6 Tanques de almacenamiento

Tanque de almacenamiento para la solución de acido fosfórico al 4 %

Descripción General del Tanque Tanque térmico vertical para almacenamiento de productos alimenticios,

productos químicos, etc. Tanque interior con costuras y cantos de construcción sanitaria. Fondo plano inclinado de gran pendiente para facilitar vaciado. Escalera de acceso a parte superior con protección de seguridad y pasarela

superior en chapa antideslizante, con barandas de caño. Cuplas para detectores de nivel, permiten detectar nivel mínimo medio para

arranque de los removedores y máximo de seguridad. Se provee además con conector para transductor de presión hidrostática para indicación de nivel.

Lanza para limpieza química, con brida extraíble y venteo. Boca de inspección inferior con tapa rebatible. Existen dos posibilidades de apoyo, sobre cinco patas de acero inoxidable o

preparado para fijar directamente en base de hormigón

En este equipo se almacena la solución de ácido fosfórico al 4% que alimentara al reactor de hidrolización por la corriente F3 = 2763 kg/h a 25 °C. Cálculo del volumen del tanque:


El tanque seleccionado es de 50 m3 y en la tabla I.10.7 se muestran sus características:


Tipo de equipo Tanque de almacenamiento Mod: TS050B

Material del equipo Acero inoxidable AISI 304

Caudal másico y volumétrico de alimentación 2763 kg/h / 2690 l/h

Cantidad de tanques 1

Observaciones Sin patas

Dimensiones del Tanque

Capacidad 50000 l

Diámetro 3.54 m

Altura 6.66 m


Precio del equipo

Fabricante:

ESTUDIO TECNICO INDUSTRIAL S.R.L.Ruta Nº 9 - Km 555 - (5900) Villa María - Córdoba

- ARGENTINATE y FAX +54 353 4533425 / 4530933 / 4537052

Tabla I.10.7

15

Ciclo 16hr Horas de trabajo por día.

3 1.027kg

l Densidad de la solución acida.

F3 2763kg

hr Caudal másico de la solución

VxDF3 Ciclo

3

VxD 43m3 Volumen de la solución acida necesaria en un día.


Tanque de almacenamiento para la solución de Hidróxido de sodio al 33%

En este equipo se almacena la solución de hidróxido de sodio al 33% que alimentara al Neutralizador por la corriente F9 = 1046.2 kg/h a 25 °C. Cálculo del volumen del tanque:

El tanque seleccionado es de 15 m3. En la tabla I.10.8 se muestra su característica:


Tipo de equipo Tanque de almacenamiento Mod: LQ150A


Caudal másico y volumétrico de alimentación 1046.2 kg/h / 768 l/h




Capacidad 15000 L

Diámetro 2.480 m

Altura 4.7 m


Precio del equipo

F9 1046.1982kg

hr Caudal másico de la solución

9 1362.46kg

m3

Densidad de la solución básica.

VxDF9 Ciclo

9

VxD 12 m3 Volumen de la solución básica necesaria en un día.


Fabricante:

ESTUDIO TECNICO INDUSTRIAL S.R.L.Ruta Nº 9 – Km 555 – (5900) Villa María –

Córdoba – ARGENTINATE y FAX +54 353 4533425 / 4530933 / 4537052

Tabla I.10.8

Tanque de almacenamiento para las soluciones regenerantes

En estos tanques se almacenan las soluciones Regenerantes (agua desmineralizada, solución de NaOH al 5% y solución de NaCl al 10 %) que se utiliza en las columnas de purificación de la xilosa para su regeneración, las corrientes que transportan estas soluciones son F17 = F18 = F19 = 74.44 kg/h todas a 25 °C.

Cálculo del volumen del tanque T-1:


17

F17 74.44kg

hr Caudal másico

17 999.2kg

m3

Densidad

VxDF17

17Ciclo

VxD 1192L Volumen de la solución

F18 74.44kg

hr Caudal másico

18 1054.24kg

m3

Densidad



Los Tanques seleccionados son de 1.5 m3. En la tabla I.10.9 se muestran sus características:


Tipo de equipo Tanque de almacenamiento Mod: S1500

Material del equipo Polietileno

Caudal 74.44 kg/h




Capacidad 1500 lts

Diámetro 1.3 m

Altura 1.36 m

Área requerida por cada equipo 1.33 m2

Precio del equipo

VxDF18

18Ciclo

VxD 1129.762L Volumen de la solución

F19 74.44kg

hr Caudal másico

19 1119.28kg

m3

Densidad

VxDF19

19Ciclo



Fabricante:

Duraplas S.R.L. ® - Ruta AO12 Km. 47,5 (2134) Roldán – Santa Fe – Argentina

Fabrica de Productos Plásticos para el Agro y la IndustriaTel./Fax: +54 (0)341 496-0003 – [email protected]

Tabla I.10.9

Tanque de almacenamiento de impurezas

En este equipo se almacena las impurezas provenientes de las columnas de purificación, ya sea, del gabinete de columnas como así también del cromatografo líquido de alta resolución en la etapa de purificación de la xilosa. Las corrientes involucradas son: F20 = 226.24 kg/h y F23 = 194.5 kg/h, las mismas se encuentran a 25 °C. Cálculo del volumen del tanque:

23 1051.69kg

m3

19

F20 226.236kg

hr

Caudal másico de la impureza.F23 194.4962

kg

hr

20 1059.42kg

m3

Densidad de la impureza.

V20

F20

200.214

m3

hr V23

F23

230.185

m3

hr

VxD V20 V23 Ciclo

VxD 6 m3 Volumen de la impureza necesaria en un día.


El Tanque seleccionado es de 6.8 m3. En la tabla I.10.10 se muestran sus características:


Tipo de equipo Tanque Horizontal Mod: ST6800FS


Caudal másico Total 420.732kg/h


Observaciones Equipado con rompeolas. Bujes de anclaje Bujes de izamiento


Capacidad 6800 L

Largo 320 cm

Altura 164 cm

Ancho 190 cm

Tapa pasa hombre (diámetro) 45.5 cm


Precio del equipo

Fabricante:

Duraplas S.R.L. ® - Ruta AO12 Km. 47,5 (2134) Roldán - Santa Fe - Argentina

Fabrica de Productos Plásticos para el Agro y la IndustriaTel./Fax: +54 (0)341 496-0003 - [email protected]

Tabla I.10.10

Tanque Pulmón Numero 1

En este tanque se almacena la solución del xilitol (F28 = 275,3894 kg/h) a una temperatura de 80°C.

Descripción general

Tanque tipo vertical, sin aislación. Diseñado para ser usado como pulmón de líquidos en líneas industriales.

Material Acero inoxidable AISI 304. Pulido exterior 2B de origen.


Fondo y techo semiesféricos. Cuplas para sensores de nivel mínimo (b) y máximo de 1/2". Tres patas de chapa plegada (a). Descarga inferior (d) diámetro 25,4 mm con válvula de paso. Entrada lateral (e) diámetro 63,5 mm con unión tipo danesa. Conexiones superiores (f) mediante cuplas de 1/2". Cáncamos de izaje (g)

Calculo del volumen del Tp-1:

El Tanque seleccionado es de 7.2 m3. En la tabla I.10.11 se muestran sus características:


Tipo de equipo Tanque de almacenamiento Mod: TVHN72


Caudal 275.3894 kg/h


Observaciones Tres patas


Capacidad 7200 lts

Diámetro 1.760 m

Altura 3.6 m

Presión de trabajo 3,5 Kg/cm2

Presión de prueba 7 Kg/cm2


Precio del equipo

21

Caudal másicoF28 275.3894kg

hr

28 1039.46kg

m3

Densidad

VxDF28

28Ciclo



Fabricante:

ESTUDIO TECNICO INDUSTRIAL S.R.L.Ruta Nº 9 – Km 555 – (5900) Villa María –

Córdoba – ARGENTINATE y FAX +54 353 4533425 / 4530933 / 4537052

Tabla I.10.11

Tanques de almacenamiento de agua destilada

En este tanque se almacena el agua destilada, utilizada como eluyente en las columnas purificadoras del cromatografo liquido.Cálculos del volumen del T-4:

El Tanque seleccionado es de 3 m3. En la tabla I.10.12 se muestran sus características:


Tipo de equipoTanque de almacenamiento Mod: ST3000FS


Caudal 172.96 kg/h


F21a 172.96kg

hr Caudal másico

6 999.2kg

m3

Densidad

VxDF21a

6Ciclo





Capacidad 3000 lts

Largo 2.4 m

Altura 1.2 m

Ancho 1.5 m


Precio del equipo

Fabricante:

Duraplas S.R.L. ® - Ruta AO12 Km. 47,5 (2134) Roldán – Santa Fe – Argentina

Fabrica de Productos Plásticos para el Agro y la IndustriaTel./Fax: +54 (0)341 496-0003 – [email protected]

Tabla I.10.12

Tanque contenedor de residuos

En este equipo se almacena la Lignina proveniente del filtro continuo al vacio y sal residual (Na3PO4) proveniente del filtro centrifugo, las corrientes son F7 = 224.7 kg/h y F11 = 121.35 kg/h respectivamente. Cálculo de la masa necesaria para la lignina:

Cálculo de la masa necesaria para la sal:

El equipo seleccionado es un contenedor que está fabricado mediante el sistema de inyección de polietileno de alta densidad, manteniendo sus dimensiones inalterables, y proporciona al producto una gran resistencia y flexibilidad,

23

F7 224.3648kg

hr Caudal másico de la lignina

MxD F7 Ciclo

MxD 3589.84kg Masa de lignina necesaria por día

MxD F11 Ciclo

F11 121.3485kg

hr Caudal másico de la sal.

MxD 1942kg Masa de la sal necesaria en un día.


incorporando ventajas tan importantes como: máxima resistencia a la carga con un peso reducido, facilidad de manejo, fácil limpieza, drenaje incorporado al cuerpo, resistencia a la intemperie y soluciones acidas o alcalinas, hongos, detergentes, bacterias, etc.En la tabla I.10.13 se muestran sus características:


Tipo de equipo Contenedor

Material de contacto Polietileno de alta densidad Mod: SP 3708

Caudal másico F7 = 224.37kg/h F11 = 121.35 kg/h


Observaciones

Cuatro ruedas macizas (sist. de frenado).

Capacidad de resistencia 230 kg cada rueda.


Capacidad 1100 L

Profundidad 1118 mm

Altura 1295 mm

Ancho 1370 mm

Peso vacio 58 kg

Área requerida por los cuatros contenedores 7.5 m2

Precio del equipo

Fabricante:

Mendez de Andes 544 - Caballito - Ciudad Autonoma de Buenos Aires.

Teléfonos: 054-011-4904-1824 / 2236.

Tabla I.10.13

10.2.7 Filtros


Filtro N° 1

El tipo más común de filtro continuo de vacío es el de tambor rotatorio de vacío4

representado en la figura I.10.4. Un tambor horizontal de superficie acanalada gira con una velocidad de 0,1 a 2 rpm en un depósito que contiene la suspensión. Un medio filtrante, tal como lona, cubre la superficie del tambor, que está parcialmente sumergido en el líquido. Debajo de la superficie acanalada del tambor principal se encuentra otro más pequeño. Entre los dos tambores hay tabiques radiales que dividen el espacio anular en compartimentos separados, conectado cada uno mediante un tubo interno a un orificio situado en la placa rotatoria de la válvula giratoria. Se aplican alternativamente aire y vacío a cada compartimiento a medida que gira el tambor. Una tira de tela filtrante cubre la cara expuesta a cada compartimiento para formar una sucesión de paneles.La mayoría de este tipo de filtros opera con cerca del 30 % de su área de filtración sumergida en la suspensión.Los tamaños normales de los tambores varían entre 0,3 m de diámetro y 0,3 m de longitud, y 3 m de diámetro y 5 m de longitud.

Figura I.10.4

Ciclo de FiltradoEn cuanto el panel se sumerge en el líquido se aplica vacío a través de la válvula rotatoria. Se forma una capa de sólido sobre su superficie a medida que el líquido pasa por la tela hasta el compartimiento, de allí al tubo interno, a la válvula y finalmente al tanque colector.En cuanto el panel deja la suspensión y entra en la zona de lavado y secado, se introduce, desde un sistema separado, líquido de lavado y aire que pasan a través de la torta de sólidos. Luego de que la torta depositada sobre la superficie del panel ha sido aspirada hasta que seque tanto como sea posible, el panel deja la zona de secado, se retira el vacío y se desprende la torta rascándola con una cuchilla horizontal o rasqueta. Se sopla un poco de aire bajo la torta para hinchar

4 W. L. McCABE & J. L. SMITH “Operaciones Básicas de Ingeniería Química”

25


la tela, con lo cual se rompe la torta y se separa de la tela, haciendo innecesario que la cuchilla roce la cara del tambor. Una vez que se descarga la torta, el panel vuelve a entrar en la suspensión y se repite el ciclo según la figura I.10.5.

Figura I.10.5

La baja velocidad de giro del tambor hace que este tipo de equipos tenga muy poco mantenimiento. Además es de muy fácil operación.Para llevar a cabo el cálculo del filtro rotatorio de vacío se tuvo en cuenta ciertas consideraciones como: la resistencia del medio filtrante es despreciable frente a la resistencia de la torta, y que la torta es incompresible. Esto fue tomado así para simplificar los cálculos.El hidrolizado impuro F5 entra al filtro a 25 °C en donde se separa el hidrolizado F8

de la lignina F7 previamente lavada con agua F6.En la tabla I.10.14 se especifica las características del filtro:


Tipo de equipo Filtro continuo

Caudal másico y volumétrico 3134.5 kg/h / 2316.28 L/h

Cantidad de filtro 1

Temperatura de operación T: 25°C

Dimensión del tambor

Diámetro D: 0.744 m

Largo h: 1.488 m

Área de filtración A: 3.478 m2

Dimensión del equipo

Ancho S: 1.5 m

Altura H: 1.5 m

Largo L: 2 m

Área requerida por el equipo 3 m2

Número de Giros del Tambor: Nr = 0,33 rpm

Potencia del Motor para hacer Girar el Tambor 1 HP

Peso de Sólidos en Torta Seca por Unidad de : 100 kg/m3


Volumen de Filtrado

Porcentaje de Tambor Sumergido f: 30%

Diferencia de Presión P: 0,125 kg/cm2

Potencia de la Bomba de Vacío 1 ¼ HP

Precio del equipo

Fabricante:

Ingeniería Técnica S.A. Crespo 2979 - Santa Fe (Argentina)

Tel. 54 342 4525809 - Fax 54 342 4522143

Tabla I.10.14

Filtro Nº2

En este equipo el fin que se persigue es separa la suspensión de cristales (Na3PO4) formada en el tanque de neutralización, que proviene de la corriente F10, de la solución neutralizada.Debido a las características de la alimentación, se selecciona para esta etapa un filtro centrífugo industrial, CEPA serie SZ 1250.En el separador centrífugo se introduce la suspensión de cristales en una cesta rotativa provista de paredes perforadas. Las paredes se encuentran recubiertas por el medio filtrante. La presión producida por la acción centrífuga obliga al líquido a pasar a través del medio filtrante, dejando detrás los cristales. El filtro centrífugo continuo CEPA serie SZ es ideal para la separación del material cristalino de la fase líquida, cuenta con descarga automática de sólidos. La centrifuga SZ cuenta con una estructura provista de una cuchilla que raspa de los sólidos depositados durante la centrifugación. El sólido es descargado hacia abajo a través del fondo del tambor.

Ventajas Gran superficie de filtrado Gran volumen de llenado Descarga automática del producto Estructura con contrapesos - instalación directamente sobre el piso Baja de la vibración durante el funcionamiento Control variable de la velocidad Cojinetes y motores eficientemente dimensionados Larga vida útil

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En la tabla I.10.15 se muestra las características del equipo:


Tipo de equipo Filtro Centrífugo Industrial serie SZ 1250

Material de construcción Acero inoxidable AISI 316 L

F10 4269.67 kg/h

F11 121.35 kg/h

F12 4148.32 kg/h

Temperatura de operación 4°C

Dimensión del Filtro

Diámetro 1.2 m

Altura 0.7 m

Velocidad máxima estándar (rpm) 1400 rpm

Potencia del motor: 11 HP


Precio del equipo

Fabricante:

CEPA – ZentrifugenGeroldsecker Vorstadt 60, 77933 Lahr

oderPostfach 1980, 77909 LahrTel.: +49(0)7821/9249-0 Fax: +49(0)7821/37839

Tabla I.10.15

10.2.8 Tanque Neutralizador

Este equipo se lo utiliza para neutralizar el hidrolizado proveniente de la corriente F8 mediante una solución alcalina F9, la reacción involucrada es irreversible y completa.

H3PO4 + NaOH Na3PO4 + H2O

Para que la sal (Na3PO4) precipite por completo y sea totalmente insoluble, a la solución se la refrigera con Freón 12 para alcanzar una temperatura de 4°C.Esta sustancia es no tóxica, no inflamable y no afecta el medio ambiente, dado que se encuadra dentro de los compuestos clorofluorcarbonados, que son los que han reemplazado casi completamente a los CFC que tanto efecto negativo tienen.


El punto de fusión del Freón 12 se encuentra en -29,8ºC, lo suficientemente lejano de 4ºC como para que no ocasione su congelamiento dentro de la tubería.Se utilizará un tanque encamisado-agitado y en la tabla I.10.16 se muestran sus características:

Tanque cilíndrico vertical cerrado construido en acero inoxidable AISI -316 L pulido liso sanitario.

Agitador con paletas conformadas en chapa de acero inoxidable acoplado a un motorreductor.

Provisto con una boca de hombre. Provistos con cuplas para: nivel máximo y nivel mínimo. Visor e iluminación

ubicados en el techo del tanque. Tapa plana bipartida con sección abatible, con puente para montaje del

agitador con su correspondiente motoreductor. Cuerpo provisto de termopozo para termómetro. Fondo cónico con descarga tipo clamp. Chaqueta tipo DIMPLED JACKET, para enfriamiento por medio de

circulación de freón, con aislante térmico y forro en lámina de acero inoxidable.

Bese tubular Ced – 40 con bridas para su nivelación y anclaje al piso. Acabado interior sanitario con pulido nro. 4 y exterior nro. 3.


Tipo de equipo Tanque Agitado-encamisado


Caudal del Hidrolizado 3223.26 kg/h

Caudal de la solución alcalina 1046.09 kg/h

Calor retirado 852308.455 KJ/h

Fluido refrigerante Freón 12


Dimensión del tanque

Capacidad V: 4 m3

Diámetro DT: 1.4 m

Altura HT: 1.8 m

Altura del liquido HL: 1.36 m

Dimensión del agitador

Tipo Hélice de seis palas

Diámetro Da: 0.455 m

Alto de la pala a: 0.091 m

Largo de la pala W: 0.114 m

Distancia del fondo al agitador Ha: 0.455 m

29



Potencia del motorreductor 10 HP

Velocidad de giro 30 rpm

Relación nominal 1:25


Precio del equipo

Fabricante:

Av. Larrazabal 3467 (1439) - Capital Federal Buenos Aires - Argentina Tel: (54) (011) 4638 6487

Tabla I.10.16

10.2.9 Ciclón

El equipo de recolección de polvo que se emplea con mayor frecuencia es el ciclón, en el cual el gas cargado de polvo penetra tangencialmente en una cámara cilíndrica o cónica, en uno o más puntos, y sale de la misma atreves de una abertura central (figura I.10.6.) en virtud de su inercia, las partículas de polvo tienden a desplazarse hacia las paredes exteriores del separador, desde la cual son conducidas a un receptor. El ciclón es esencialmente una cámara de sedimentación en que la aceleración gravitacional se sustituye con la aceleración centrífuga. En las condiciones de operación utilizada comúnmente, la fuerza o aceleración centrífuga de separación varía de cinco veces la gravedad en los ciclones de baja resistencia y diámetros muy grandes, hasta 2500 veces la gravedad en las unidades muy pequeñas de alta resistencia. La entrada inmediata a un ciclón es casi siempre rectangular.Los ciclones remueven el material particuládo de la corriente gaseosa, basándose en el principio de impactación inercial, generado por la fuerza centrífuga. La figura I.10.6 muestra el movimiento de las partículas mayores hacia las paredes del ciclón debido a la fuerza centrífuga.El ciclón es esencialmente una cámara de sedimentación en que la aceleración gravitacional se sustituye con la aceleración centrifuga.


Los ciclones constituyen uno de los medios menos costosos de recolección de polvo, tanto desde el punto de vista de operación como de la inversión. Estos son básicamente construcciones simples que no cuentan con partes móviles, lo cual facilita las operaciones de mantenimiento; pueden ser hechos de una amplia gama de materiales.

Figura I.10.6

La fuerza centrífuga generada por los giros del gas dentro del ciclón puede ser mucho mayor que la fuerza gravitacional, ya que la fuerza centrífuga varía en magnitud dependiendo de la velocidad de giro del gas y del radio de giro.Teóricamente el aumento de la velocidad de entrada al ciclón implicaría un aumento de la fuerza centrífuga y por lo tanto un aumento de la eficiencia, sin embargo velocidades de entrada muy altas generan la resuspensión de material particulado de las paredes internas del ciclón, lo cual disminuye la eficiencia del ciclón; adicionalmente aumentar la velocidad de entrada implica mayor consumo de energía.A partir del caudal a tratar (116.5573 kg/h), la densidad de la partícula (1.7*10-3

kg/m3), el tamaño promedio de la partícula (50 µm) y la velocidad del aire a 20 °C (24 m/s) necesitamos un ciclón como se muestra en la figura I.10.7, con las siguientes dimensiones en la tabla I.10.17:

Figura I.10.7


Tipo de equipo Ciclón Stairmand – Alta eficiencia


Temperatura de operación 25 °C

31


Caudal de alimentación 116.5573 kg/hs

Calor Eliminado 5232.633 kJ/h

Dim

ensi

one

s

Diámetro Dc = 1 m

Altura de entrada a = 0.55 m

Ancho de entrada b = 0.3 m

Altura de salida s = 0.55 m

Diámetro de salida Ds = 0.55 m

Altura parte cilíndrica h = 1.5 m

Altura parte cónica z = 2.5 m

Altura total H = 4 m

Diámetro salida partícula B = 0.375 m


Precio del equipo $ 15.000

Fabricante:

MASSAGLI MONTAJES INDUSTRIALES

JUAN CARLOS MASSAGLIEspaña 6295 - Rosario - Santa Fe -

Argentina.Tel: (0341) 461-2780Fax: (0341) 461-2780

Tabla I.10.17

10.2.10 Ventilador

Este equipo hace ingresar aire al ciclón a 15° C, para enfriar al xilitol solido que proviene del atomizador y obtenerlo a una temperatura adecuada para almacenarlo.A continuación en la tabla I.10.18 se muestran sus características:



Tipo de equipo Turbo Soplador mod.: R-18


Caudal 5 m3/min

Temperatura del Fluido 15°C

N° de Pala Airfoil 5

Presión estática 4 mm.c.a

Motor 0.5 HP

Velocidad 900 rpm

Intensidad del sonido 60 dB

Precio del equipo

Fabricante:

Calle: Godoy Cruz 1663 – La tablada – Buenos Aires – Argentina

Tel.: 011- 46998969e-mail: [email protected]

Tabla I.10.18

10.2.11 Intercambiadores de Calor

Intercambiador N°1

Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son los equipos más comunes para la transferencia de calor en plantas químicas. El intercambiador adoptado será de este tipo y ha sido elegido en base a las especificaciones de servicio y a las recomendaciones de las normas T.E.M.A.. La transferencia de calor depende del tipo de intercambiador y de modo particular de la geometría del flujo de cada corriente, donde el flujo en contracorriente tiene la mayor eficiencia (FT = 1).

Criterio de selección Usos: Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son usados en

operaciones donde se requieren grandes áreas de intercambio, como lo es en este proceso.

Mantenimiento e inspección: según sean de tubos removibles o no. Información del proceso: se tuvieron en cuenta áreas de transferencia de

calor, propiedades de los fluidos, flujos molares, temperaturas y presiones, caídas de presión admisibles, etc.

33


Diseño mecánico: puede aplicarse las Normas TEMA, Normas del HEI, Inc, Norma BWG (Birmingham Wire Gage), etc.

Seguridad: Normas ASME o API-ASME Material de construcción: el material de construcción de tubos, placas,

cabezales, carcasas, bafles, varillas, soportes, platos de choque, fajas laterales y tubos ciegos, etc., serán de acero al carbono o acero inoxidable, materiales que no sufren corrosión por parte de los fluidos con los cuales estarán en contacto oportunamente.

Ensuciamiento: En este proceso es importante el ensuciamiento por corrosión como un parámetro de adopción del equipo, puesto que aumenta la pérdida de carga y la potencia de bombeo requerida.

Equipo AdoptadoSe utilizara un intercambiador de carcasa y tubo, donde el hidrolizado circulara por los tubos de acero inoxidable a 316L, debido a las características corrosivas de la solución.Por la carcasa circulará agua de enfriamiento de red (utilizada para otros servicios) a 20ºC.

Intercambiador de cabezal flotante: el paquete de tubos es removible, y se usa en aquellos casos donde es necesario mantenimiento y aliviar tensiones y deformaciones debidas a la dilatación térmica.

Ubicación de los fluidos: La corriente de proceso (Hidrolizado) circula a través de lostubos, mientras que la de servicio (agua de enfriamiento) lo hace por la carcasa. El fluido del proceso es altamente tóxico y corrosivo, de manera que al colocarlo por dentro de los tubos, la seguridad es mayor, y los costos de mantenimiento y reparación no son tan elevados. Por otra parte, al tratarse de una mezcla que puede formar suciedad, este tipo de arreglo permite una mayor velocidad, minimizando la deposición.

DimensionamientoComo medida de seguridad, los cálculos de diseño que se detallan han sido conservativos.

Calculo del área de intercambioDel balance de masa y de energía, el calor necesario a retirar es de:

Las temperaturas de la corriente del proceso son:

Q 209.697kW

T4 90 273( ) K T5 25 273( ) K


El agua de enfriamiento se extrae de red a 15 ºC. La temperatura final de la misma debe ser igual o inferior a 25 ºC para evitar incrustaciones por las impurezas que puede traer la misma:

Calor específico del agua líquida:

Del balance de masa, el caudal másico del hidrolizado es:

De la ecuación de transferencia de calor, se despeja el calor específico del hidrolizado:

Para calcular el área, se estima un coeficiente total de diseño típico para transferencia de calor según las condiciones del proceso planteadas5

Se determina la cantidad de pasos necesarios para la transferencia de calor en el intercambiador.Se desea utilizar un paso por carcasa debido al menor costo de fabricación y de mantenimiento. Para un paso por carcasa y número par de pasos en tubos, el factor de corrección se calcula de la grafica dadas para tal fin6:

5 KERN Tabla 8 página 945

6 CAO Apéndice 1 y 3, página 400

35

t3 18 273( ) K t4 25 273( ) K

Cp6 75.366joule

mol K PM6 18

gm

mol

CPw

Cp6

PM64.187

joule

gm K

mHidrolisado 3134.5kg

hr

CpHidrolisadoQ

mHidrolisado T4 T5 CpHidrolisado 0.885

kcal

kg K

Uestimado 350BTU

hr ft2

K

1.8

ST5 T4

t3 T40.903 R

t3 t4

T5 T40.185


Partiendo de estos valores, la gráfica no corta para encontrar el valor del Ft, por lo que se debe recurrir a más pasos por carcasa o la utilización de más de un intercambiador en serie.Se recurre a la primera opción por ser menor el costo.Para dos pasos por carcasa:

Se calcula la diferencia media logarítmica:

Con estos valores se calcula el área estimada para la transferencia de calor:

Para determinar el número de tubos, se calcula primero el área dada por un tubo

De la tabla 9 del Kern (página 946) se elige una carcasa 2-4, con tubos de ¾ pulgadas y en arreglo en cuadro para evitar caídas bruscas de presión.

FT 0.96

TmlT4 t4 T5 t3

lnT4 t4

T5 t3

Tml 26.027K

AestimadaQ

Uestimado Tml FT Aestimada 4.223m

2

D0 26.9mm Diámetro exterior del tubo.

Di 23.7mm Diámetro interior del tubo.

L 0.5m Longitud del tubo.

n 4 Se selecciona 4 pasos en los tubos (correspondiente al mínimo para 2 pasos por carcasa).

At D0 L n At 0.169m2

Ntubo

Aestimada

At Ntubo 24.985 Numero de tubos aproximados


Para este diámetro de carcasa corresponde un número de tubos de 25.

El área de intercambio real del intercambiador se calcula con el área de transferencia dada por los tubos:

El coeficiente total de calor de diseño es:

Calculo de la caída de presiónPara intercambiadores donde circula agua y fluidos acuosos, lo recomendado es una caída de presión permitida de 10 lbf/in2 7 (10 psi), tanto para la circulación por los tubos como para en la carcasa.

Caída de presión en los tubosPara los fluidos que circulan por el lado de los tubos, la pérdida de carga se considera como la suma de dos contribuciones:

Caída de presión en los tubosCaída de presión por el cambio de dirección en los cabezales

Caída de presión en los tubos

7 KERN “Capitulo 7 Intercambiadores de tubo y coraza”: Intercambiadores que usan agua. página 191

37

Ds 8in Ds 0.203m Diámetro interno de la carcasa del intercambiador.

Ntubo 25

A Ntubo L D0 n A 4.225m2

UDQ

A Tml FT UD 629.631BTU

hr ft2 K

at

Di2

4

Ntubo

n Área de flujo


Se calcula el factor de fricción del la figura 26 del Kern con el Reynolds

Caída de presión por el cambio de dirección en los cabezales

Caída de presión por el cambio de dirección en los cabezales µHidrolisado = 2.5 cp, la Velocidad máxima recomendad8 es vmáxima = 6 ft/s (vmáxima = 1.829 m/s), optando una velocidad de vt = 1.8 m/s.

8 “Soluciones prácticas para el ingeniero químico”

Gt

mHidrolisado

at315.791

kg

m2

s Velocidad másica

Ret

Di Gt

Hidrolisado Ret 2993.695 Número de Reynold

ft 0.00042ft

2

in2

P t

ft

2 gc L nDi

Gt2 P t 0.003358psi

Yvt

2

2 gc Con st como densidad especifica


La caída de presión total es la suma de estas dos caídas:

La caída de presión es menor a la permitida, 10 psi.

Caída de presión en lado de la carcasa, por el método de Kern.

El área de flujo es la mitad que para una carcasa de un paso cuando la carcasa es de dos pasos.

39

P r 4n

st Y 4.75psi

P tubos P t P r

P tubos 4.753psi P tubos 0.328bar

Deq 0.0241m Diámetro equivalente para arreglo cuadrado y paso de 1"

Ds 0.203m Diámetro interior de carcasa

Pt 33.7mm

D0 26.9mm Diámetro externo de los tubos

C Pt D0 6.8 mm Distancia entre tubos

BL

30.167m Distancia entre bafles

NB 1L

B3 NB 3 Número de bafles

as

Ds C B

2 Pt0.0034135m

2 Área de flujo que circula por la carcasa

Paso


Caída de presión menor a la permitida, 10 psi.En la Tabla I.10.19 se observan las características del siguiente equipo:


Tipo de equipo Intercambiador de calor de carcasa y tubos

Servicio de la unidad Enfriador

Área de intercambio 4.225 m2

Condiciones Operativas

Calor Intercambiado 210 kW

Coeficiente de transmisión UD: 629.631 UD: 1.986

Lado carcasa Lado tubos

Caudal circulante 25756.91 kg/h 3134.5 kg/h

Estado físico del fluido Liquido: Agua Liquido: Hidrolizado

Temperatura de entrada 15 °C 90 °C

Temperatura de salida 25 °C 25 °C

Gs

magua

as2096.03

kg

m2

s

Res

Deq Gs

s Res 50262.999

f 0.00019ft

2

in2

Factor de fricción

s 998.2kg

m3

Densidad del agua líquida a 20°C

P s

f Gs2 Ds NB 1

2 gc s Deq P s 0.03psi P s 0.002bar


Caída de presión 0.03 psi 4.753 psi

Caída de presión permisible 10 psi 10 psi

Número de pasos 2 4

Especificaciones Técnicas

Material de los tubos Acero inoxidable AISI 316 L

Material de la carcasa Acero inoxidable

Diámetro interior carcasa 8 pulgadas (20.32 cm)

Diámetro exterior tubos ¾ pulgadas (26.9 mm)

Diámetro interior tubos 23.7 mm

Longitud de los tubos 0.5 m

Números de tubos 25

Código TEMA AFL

Tabla I.10.19

Intercambiador N°2

Este equipo se utiliza para calentar la corriente F12: 4148.32 kg/h que ingresa a 4 °C y sale del mismo a 80 °C. Los cálculos son similares que el equipo anterior. En la tabla I.10.20 se muestran los detalles del intercambiador:



Servicio de la unidad Calentador



Calor Intercambiado 356.341 kW




Estado físico del fluido Vapor: Agua Liquido: Neutralizado



41













Código TEMA AFL

Tabla I.10.20

Intercambiador N°3

Este equipo se utiliza para enfriar la corriente F15: 297.76 kg/h que ingresa a 54 °C y sale del mismo a 25 °C. Los cálculos son similares que el equipo anterior. En la tabla I.10.21 se muestran los detalles del intercambiador:



Servicio de la unidad enfriador



Calor Intercambiado 5919.175 kcal/h




Estado físico del fluido Agua Liquido: Evaporado















Código TEMA AFL

Tabla I.10.21

10.2.12 Gabinete de purificación

Este Gabinete esta formado por cuatro torres conectadas en series, cada una está rellena con una resina específica, su conexión permite hacer la purificación correspondiente y su retro-lavado con agua desmineralizada y los regenerantes de la resina adecuados. Como se muestra en la figura I.10.8 la solución a purificar (F16) ingresa por la columna 1 (línea roja), pasa por todas las columnas y sale como producto por la cabeza de la columna 4 (F21). Para esta operación es necesario que todas las válvulas (I-1, I-2, I-3, I-4) se encuentren cerradas y que las válvulas P-1 y P-3 se encuentren abiertas.La regeneración de las resinas de intercambio iónico es el proceso inverso del de intercambio iónico y tiene por finalidad devolverle a la resina de intercambio iónico su capacidad inicial de intercambio. Esto se realiza haciendo primero pasar agua bi-destilada en contracorriente (línea azul), el sistema de válvula se debe encontrar en la misma posición que el de purificación.Luego se hace pasar soluciones que contengan el ión móvil original (soluciones regenerantes), el cual se deposita en la resina y desaloja los iones captados durante el agotamiento. En esta etapa las válvulas P-1 y P-3 se deben encontrar cerradas, mientras que las válvulas I-1, I-2, I-3, I-4 se deben abrir para recolectarlas en el canal verde de impureza.

43


Por último se hace el retro-lavado con agua bi-destilada en las mismas condiciones operativas que en el proceso de purificación.Una vez regenerada la resina está lista para un nuevo ciclo de intercambio iónico.El objetivo de este equipo es eliminar los compuestos indeseados (Furfural, Hidroximetilfurfural y el color), que son nocivos para la siguiente reacción de hidrogenación, debido a que el catalizador utilizado en esta etapa se ensucia por estos compuestos disminuyendo su eficiencia.

Figura I.10.8

Dimensionamiento de las columnas:

Se utilizará un caño de diámetro interior 235 mm (esto es para que alcance un régimen turbulento aumentando así la transferencia de masa), además esta dimension es estandar en material de vidrio y se producen en serie, por lo tanto su costo será menor que un caño con dimensiones hecho a medida. Entonces la condición es:

Diámetro interno = 235 mm

Para calcular el largo de la columna es necesario tener presente la expansión de la resina cuando se le hacer circular agua, como va haber 4 columnas del mismo tamaño, por seguridad escogemos la resina con mayor expansión, para hacer este cálculo debemos tener en cuenta que la corriente de lavado expande 25 % a la resina. Por lo tanto el largo de la columna será el largo de la resina más el 25% para la expansión.

dint 235mm


Este es el largo del caño de 235 mm de diámetro interior que contendrá la resina.El factor 1.25 se utiliza porque en el retrolavado el volumen de la resina se expande un 25 %. En este cálculo no se tuvo en cuenta los cabezales de la columna, por lo tanto el largo y el diámetro de la caño son únicamente de la carcaza.Cabe recordar que se necesitan dos gabinetes de columnas de intercambio, así mientras una está operando las otras columnas se están regenerando.

Vida útil de las resinas de intercambio iónico

Después de una serie de ciclos de intercambio iónico las resinas de intercambio iónico sufren la pérdida de sitios de intercambio activo o sufren la rotura de los enlaces transversales de la resina, disminuyendo su capacidad de intercambio.Las resinas catiónicas fuertes primero pierden su capacidad de intercambio para captar cationes asociados a los ácidos fuertes y las resinas aniónicas fuertes disminuyen su capacidad de captar aniones débiles. La mayoría de los autores de la especialidad asignan una vida útil esperada de las resinas de intercambio iónico de 10 años. En la tabla I.10.22 se especifican las características del gabinete con las cuatro columnas:

Gabinete de columnasCaracterísticas de las Corrientes

Nº Caudal (kg/hr) Temp (ºC) pH Presión (bar)

Corriente de entrada Alimentación (F16) 297.7573 25 6 2

Corriente de entrada de agua destilada (F17) 74.4393 25 8 2

Corriente de entrada de NaOH al 5% (F18) 74.4393 25 13 2

Corriente de entrada de NaCl al 10% (F19) 74.4393 25 12 2

Corriente de salida Impureza (F20) 226.236 25 13 1

Corriente de salida Producto (F21) 294.8393 25 6 1

45

area dint

2

40.043m

2

Lcol

Vresina

area1.28m

Lcoltotal 1.25Lcol 1.6m


Característica de las Resinas utilizadas para rellenar las columnas9

Columnas/ResinasColumna 1:

Resina aniónicaColumna 2:

Resina aniónicaColumna 3:

Resina catiónicaColumna 4:

Resina aniónica

TipoA 500P

Poliestireno tipo ISGA 550 OH

Poliestireno tipo ISGC 650HPoliestireno

A 100Poliestireno

Forma IónicaBase Fuerte

Cl-Base Fuerte

OH-Ácido fuerte

H+Base débil

CO3-2

Capacidad total Mín (Eg/l)

0.8 1,1 2,0 1,3

Peso de empaque (g/l) 640-670 670-700 770-790 645-675

Retención de agua (%) 63-70 55-65 46-50 53-60

Densidad aparente (húmeda)

1,07 1,07 1,21 1,04

Expansión máxima (%) 20 24 8 20

Regenerante Solución de NaOH 5% Solución de NaOH 5% Solución de NaCl 10% Solución de NaOH 5%

Observaciones

Tipo macroporoso. Elevado grado de porosidad. Para la

eliminación de materia orgánica. Decoloración

de soluciones de azúcar.

Supergel tipo I. Excepcional resistencia

a ruptura. Pulido de condensado.

Partículas uniformes.

Grado supergel. Flujo elevado para el pulido

de condensados.Resistencia muy elevada a la tensión física y a la

rotura por choque osmótico.

Tipo macroporoso. Resistencia a la

contaminación por materia orgánica.Óptima resistencia

osmótica.

Característica de la columna

Diámetro Externo 245 mm

Interno 235 mm

Espesor 60 mm

Longitud 1600 mm

Extremos Bridados

Material Vidrio

Cantidad de columnas 4

Característica del gabinete

Altura 2 m

Ancho 1 m

Longitud 1.80 m

Tenerife 3286 Bº Ciudadela / C.P 5016 - Córdoba Argentina. / Teléfono: +54 351 4618093 |4616029 / e-mail: [email protected]

Costo por Gabinete de purificación con cuatro columnas U$S 9000

Tabla I.10.22

10.2.13 Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC)

9Ciencia y Tecnología Alimentaria Purificación de Hidrolizado de Bagazo de caña de Azúcar con carbón activado y Resina de intercambio iónico. Nápoles Solenzal, A. I.1; Ortiz Aroche, Y.2; Viñals Verde, M.1; Manganelly Santana, E.1; Acosta Martínez, E.1

1 Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la caña de azúcar (ICIDCA), Vía Blanca 804 y carretera. Apartado Postal 4026. Ciudad Habana, Cuba.2 Instituto de Farmacia y Alimentos (IFAL), Universidad de la Habana, Cuba

mailto:[email protected]


La aplicación de la misma permite separar y cuantificar azúcares elementales provenientes de las hidrólisis ácidas de materiales lignocelulósicos.Los tiempos de retención típicos de los azúcares analizados se muestran en la Figura I.10.9 y un cromatograma típico de una solución de azúcares patrón en la Figura I.10.10

Azúcar Tiempo de Retención (min)

Glucosa 13.3

Xilosa 14.4

Arabinosa 16.3

Figura I.10.9

Figura I.10.10

Se alimenta al cromatografo una corriente proveniente de las columnas de purificación (F21) constituida por agua, glucosa, xilosa y arabinosa. El producto obtenido de este equipo es una solución de agua y xilosa. Las azucares restantes son impurezas. En la tabla I.10.23 se muestran las características de este equipo:

Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC)

Caudal de entrada 294.8393 kg/h

Temperatura de entrada 25°C

Presión de Operación 25 bar

Fase móvil Agua destilada

Caudal Máximo 0.42 L/min

Presión Máxima Hasta 150 bar

Precio

47


Armen Instrument / Z.I de Kermelin -16 Rue Ampère - F-56890 SAINT AVE –FRANCE / Tel : 33(0)297618400 - Fax : 33(0)297618500 –

e_mail: [email protected]

Tabla I.10.23

10.2.14 Reactor de Hidrogenación

Los reactores catalíticos se pueden clasificar según la fase en que se encuentra el catalizador respecto al medio de reacción, así se tendrá:

Reactores catalíticos homogéneos. Reactores catalíticos heterogéneos.

Los primeros, tanto los reactivos como el catalizador se encuentran en la misma fase.Los segundos, los reactivos y el catalizador se encuentran en fases diferentes, siendo la fase del catalizador sólida, mientras que las fases de los reactivos pueden ser gas o líquido o las dos. Por este motivo también se puede hacer una clasificación de los reactores catalíticos heterogéneos en:

Reactores catalíticos heterogéneos bifásicos. Reactores catalíticos heterogéneos trifásicos.

Los reactores bifásicos, ya sea el agua y los reactivos forman una única fase líquida, mientras que el catalizador forma la fase sólida, dando lugar a un sistema del tipo L-S. En el caso de los reactores trifásicos intervienen las tres fases, una gaseosa, que podría ser el hidrogeno, una líquida, que sería la disolución acuosa conteniendo la sustancia orgánica, y, finalmente una sólida, que consistiría en el catalizador, de esta manera se forma un sistema del tipo S-L-G.Diferentes reactores trifásicos son empleados en el uso de diferentes procesos catalíticos a escala laboratorio o industrial. Estos reactores se pueden clasificar de diferentes formas, unas de las cuales pueden ser según el tipo de lecho catalítico (lecho fijo o lecho móvil).

Reactores de lecho móvil, se caracterizan por tener el catalizador sólido suspendido o en cesta, y está en movimiento. Dentro de estos se incluyen los de lecho fluidizado y los de slurry.

Reactores de lecho fijo, el catalizador sólido está de forma estacionaria.


En los reactores de lecho fijo el sólido catalítico se encuentra estático y totalmente empacado dentro del reactor, y son la fase líquida y la gaseosa las que circulan entre las partículas de este.

Reactores de lecho catalítico fijo.

Los reactores de lecho fijo se caracterizan por el hecho que una corriente líquida y una gaseosa atraviesan un lecho fijo formado por partículas, bien de catalizador, bien de material inerte o bien de ambos materiales conjuntamente, alojados dentro de un reactor tubular, que ayudan a poner en contacto las dos fases; por esta razón se comportan como un reactor de flujo pistón. En estos reactores el diámetro de partícula tiene que ser más grande que en los de lecho móvil porque las partículas situadas en la parte inferior del reactor tienen que soportar el peso de todo el catalizador que se encuentra por encima suyo. La transferencia de materia es más lenta que en reactores de lecho móvil porque el diámetro de partícula es más grande, y además no hay agitación. A pesar que la transferencia de materia es lenta, como que la relación entre la masa de catalizador y el volumen de reactor es grande, se obtienen velocidades de

reacción por volumen de reactor elevadas. Respecto a la transferencia de energía, esta es poco eficaz ya que la conductividad térmica del soporte es baja, al tratarse de materiales muy porosos y a veces refractarios. Esta característica provoca que el control de la temperatura sea difícil y que se puedan producir puntos calientes en el reactor. A diferencia de los reactores de lecho fluidizado, en estos reactores es poco significativa la reacción homogénea porque la relación entre el volumen de líquido y el de catalizador es muy pequeña. Según la forma en que circulan los flujos de gas y de líquido en los reactores de lecho fijo pueden operar de tres formas diferentes:

a) Flujos en cocorriente de bajada del gas y líquido. b) Flujo de bajada del líquido y flujo en contracorriente de subida del gas. c) Flujos en cocorriente de subida del gas y líquido.

En la Figura I.10.11 se muestra esquemáticamente las diferentes formas de operar de estos tipos de reactores.

49


Figura I.10.11

En función de las propiedades físicas y de las velocidades de circulación de las fases líquida y gaseosa, se pueden distinguir diferentes regímenes de flujo que determinan las características principales del funcionamiento de los reactores trifásicos de lecho fijo con flujo de gas y de líquido en cocorriente de bajada, pudiéndose mostrar en la Figura I.10.12

Figura I.10.12

El régimen de interés es:

Régimen de goteo (Trickle Flow). Este régimen aparece a bajas velocidades tanto para la fase líquida, que gotea mojando todo el catalizador, como para la gaseosa (0.01-0.3 cm/s para el líquido y 2-45 cm/s para el gas en plantas piloto, 0.1-2.0 cm/s para el líquido y 15-45 cm/s para el gas en reactores comerciales). En este régimen, el flujo de una de


las fases no se ve significativamente afectada por el flujo de la otra. Por otra

parte, la zona de interacción de ambas fases es pequeña.

Catalizador Níquel - Raney

El níquel Raney es un catalizador sólido compuesto por granos muy finos de una aleación de níquel-aluminio. Se usa en muchos procesos industriales. En tiempos recientes se ha usado mucho como catalizador heterogéneo en una gran variedad de síntesis orgánicas, generalmente hidrogenaciones.

Propiedades:A simple vista, el níquel Raney se presenta como un fino polvo gris. Microscópicamente, cada partícula de catalizador se asemeja a una red tridimensional, con huecos de distintos tamaños y formas, formados en su gran mayoría durante el ataque de la aleación con NaOH. El níquel Raney se caracteriza por ser termoestable y con una gran área superficial. Dichas propiedades son consecuencia directa del proceso de activación y contribuyen a su gran poder catalítico.El área superficial se determina a través de una medida de adsorción BET, midiendo la cantidad de gas (por ejemplo el hidrógeno) que se adsorbe sobre la superficie. Mediante estas medidas se ha determinado que la gran mayoría del área expuesta contiene átomos de níquel, y ya que el níquel es el metal activo, se concluye que casi toda el área superficial es adecuada para catalizar reacciones, de ahí la alta actividad catalítica que presenta este preparado. El níquel Raney comercial tiene un área superficial de más de 100 m²/g.Una gran actividad catalítica, unida al hecho de que el hidrógeno se absorbe a través de los poros, hace del níquel Raney un catalizador útil en una gran variedad de reacciones de hidrogenación. Su estabilidad estructural y térmica permite su uso en una gran variedad de condiciones. Además, su solubilidad es despreciable en la gran mayoría de disolventes usados en el laboratorio, con la excepción de los ácidos inorgánicos fuertes, como el ácido clorhídrico, además, su gran densidad (entre 6 y 7 g/cm³) facilita su separación de la fase líquida tras completarse la reacción.

Calculo de la masa del catalizador:

51

Dreactor 0.5m Diámetro del reactor

Lreactor 2m Altura del reactor

cat 7gm

cm3

Densidad del catalizador


El reactor tipo trickle bed o reactor de goteo de carga continua, consiste en una columna vertical que contiene un lecho poroso de catalizador Níquel Raney, la reacción ocurre en fase líquida sobre la superficie del sólido en la cual se adsorbe en H2 (gas) para ponerse en contacto con el líquido que entra llevándose a cabo un proceso de transferencia de masa. El reactor trickle bed es un reactor de lecho fijo en el cual el gas y el líquido fluyen en co-corriente (opción b de la Figura I.10.11). La reacción que ocurre en el reactor es la siguiente:

A continuación en la tabla I.10.24 se muestran las características del Reactor N°2:

Reactor de Hidrogenación



Presión de operación 20 bar

Dimensiones del Reactor

Diámetro 0.5 m

Área Transversal 0.196 m2

Altura 2 m

Volumen 400 L

Área total 1.57 m2

Porosidad del Lecho 0.3

Catalizador Ni-Raney

Masa de catalizador 1921 kg

Densidad 7 g/cm3

Precio del equipo

Fabricante:

Büchi AGGschwaderstrasse 12

CH–8610 UsterTel. +41(0)449055111Fax +41(0)449055122

Tabla I.10.24

Ac 0.196m2 Área transversal del reactor

0.3 Porosidad Lecho

W 1 ( ) cat Ac Lreactor

W 1920.8kg Masa del Catalizador a usar


10.2.15 Bombas

En cuanto a la descripción y adopción de todos los equipos del proceso, sólo resta elegir las bombas que se emplearán para trasladar las soluciones líquidas a lo largo del proceso.Se decide adquirir todas las bombas al mismo proveedor, con el objeto de obtener beneficios económicos. El proveedor elegido es la empresa Bominox S.A. que cuenta con toda una gama de bombas para diferentes requerimientos.En el proceso se hacen necesarios equipos de traslado de fluidos en las siguientes instancias:

Bombas de Carga de las materias primas: para la hidrolización del bagazo de caña de azúcar, se requiere de una solución de H3PO4 al 4%, por lo tanto se requieren 1 bombas.

Descarga del Reactor de Hidrolización: el producto que se obtiene en este equipo se destina al primer Intercambiador de calor para frenar la reacción en el mismo y de allí se alimenta hasta el filtro continuo. En conclusión se requiere una bomba para este requerimiento.

Descarga del Filtro continuo: aquí también es necesaria una bomba para trasladar la solución filtrada desde este equipo hacia el Neutralizador.

Carga al neutralizador: se necesita una bomba para trasladar la solución de NaOH al 33%.

Descarga del Neutralizador: luego de la reacción, se requiere de una bomba para mover la mezcla obtenida hacia el filtro centrífugo, y una más para mover el fluido desde allí hasta el evaporador. Es decir necesitamos 2 bombas

Descarga del evaporador: se requiere de una bomba para trasladar la solución hacia las columnas de purificación.

Bombas de carga de soluciones regenerantes: para la regeneración de las columnas se requiere de agua desmineralizada, una solución de NaOH al 5% y otra solución de NaCl al 10%. Por consiguiente se necesitan tres bombas para este equipo.

Carga al cristalizador: se requiere de una bomba para transportar el fluido (solución de xilitol) que se encuentra en el tanque pulmón N°1 y otra bomba más para mover el fluido desde allí hasta el secador spray. Por consiguiente necesitaremos 2 bombas.

Vale destacar que la corriente F21 se mueve hacia el cromatografo liquido de alta resolución debido a la presión que tiene la misma al salir del las columnas de purificación, lo mismo ocurre con la corriente F20 que se dirige al tanque de impurezas.

53


En el cromatografo líquido de alta resolución, las corrientes, ya sea, la de impureza y la que sale de este equipo (F22), son transportadas debido a sus presiones de salida de HPLC, por lo tanto tampoco necesitamos bombas a la salida de este equipo.De la misma forma, el reactor de Hidrogenación es alimentado por medio de la corriente F22 sin necesidad de una bomba debido a que esta corriente se encuentra a 25 bar, lo necesario para poder ingresar al reactor.En total se requieren para todo el proceso 12 bombas comerciales. Se han escogido 3 modelos de bombas que presenta el fabricante para los diferentes casos.

Bomba Centrífuga Simplificada

Para todos los casos en los que el requerimiento no es exigente, se adopta la bomba centrífuga simplificada, modelo Simplex M. Una imagen de esta bomba se puede observar a continuación:

La bomba Simplex M tiene todo el cuerpo, tapa y turbina realizados con piezas efectuadas mediante deformación en frío, se caracteriza por su simplicidad y al ser de turbina abierta permite el trasiego de sólidos en suspensión, aunque no es recomendable para ello, existiendo un modelo más específico para dicha solicitación. En la tabla I.10.25 se observan sus características:

Caudal (m3/h) Altura manométrica (mca) Motores (hP) Temperatura (°C) Material

1 a 30 5 a 35 0.5 a 4 80 a 120 AISI-316L

Tabla I.10.25

Se seleccionan 2 bombas Simplex M para los siguientes casos:


Carga del intercambiador N°2: se utiliza una bomba para que el neutralizado proveniente del filtro centrífugo ingrese al intercambiador N°2, ya que no es una sustancia corrosiva.

Una Bomba para transportar el agua desmineralizada para limpiar las resinas en el gabinete de purificación.

A continuación se exponen los volúmenes que debe mover cada una de estas bombas. El mismo se calculó teniendo en cuenta el caudal másico promedio por hora de cada corriente que se determinó en el Balance de Materiales, llevado a un tiempo de ciclo de 16 horas. Así se obtiene la masa que transporta cada bomba por cada día de trabajo, luego con la densidad de cada solución se determinó el volumen.El tiempo estimado para la operación de bombeo se estimó según los requerimientos de cada una de las corrientes, a partir de allí se estima el caudal que deben tirar y con la altura de carga se entra a la Curva Característica de la Bomba para elegir el modelo, dentro de las Simplex M. La altura de carga también fue estimada para cada caso. La tabla I.10.26 con los datos de cada corriente se expone a continuación:

Bomba Corriente Volumen (m3) Tiempo de Bombeo Caudal Altura de Carga

1 F-12 66 1h 4 m3/h 1 m

2 F-17 1.19 1 h 0.074 m3/h 1.8 m

Tabla I.10.26

A continuación en la figura I.10.13 se exponen las curvas características para las bombas Simplex M, en función del caudal y de la altura de carga. Se entra al gráfico con los caudales y alturas determinadas; la intersección cae dentro del área que describe el modelo que satisface el requerimiento.

55


Figura I.10.13

En la tabla I.10.27 se exponen las adopciones realizadas:

Bombas Modelos hp KW

1 y 2 SIM-1051 0.5 0.37

Tabla I.10.27

Bomba Centrífuga Monobloc

El modelo de bomba Minox-01 es una bomba centrífuga monobloc, con mayores posibilidades de utilización, múltiples aplicaciones específicas y mayor facilidad de mantenimiento. Presenta una separación en tres piezas estampadas: cuerpo, tapa y brida; lo que facilita el montaje, desmontaje y mantenimiento. En la tabla I.10.28 se muestran sus características:

Caudal (m3/h) Altura manométrica (mca) Motores (hP) Temperatura (°C) Material

1 a 150 5 a 100 0.5 a 30 100 a 130 AISI-316L

Tabla I.10.28

Están fabricadas en acero inoxidable y pueden emplearse para aplicaciones diversas: aguas, cervezas, vinos, jarabes, ácidos, sales, etc. Por ello es la que adoptaremos aquí para los casos del transporte del ácido fosfórico, hidróxido de


Sodio al 33% y al 5%, y cloruro de sodio al 10%, que no son posibles de mover con la bomba Simplex M.A continuación se presenta una imagen de la bomba Minox-01:

El procedimiento para elegir la bomba Minox-01 a partir de su Curva Característica es el mismo que antes, por lo que no se describirá nuevamente. Simplemente se exponen (Tabla I.10.29) las condiciones de las corrientes en las que se emplea:


3 F-3 43 1 h 2.69 m3/h 2 m

4 F-8 50 1 h 3.13 m3/h 2 m

5 F-9 12 1 h 0.768 m3/h 2 m

6 F-18 1.13 1 h 0.071 m3/h 1.8 m

7 F-19 1.06 1 h 0.067 m3/h 1.8 m

Tabla I.10.29

Se observa que se adquieren cinco bombas Minox-01. Una para el transporte del ácido fosfórico desde el tanque de almacenamiento hasta el Reactor N°1, otra bomba es utilizada para impulsar la corriente proveniente del filtro N°1 al Neutralizador y tres bombas más que transportan la solución de NaOH al 33%, el NaOH al 5% y el NaCl al 10%, desde el tanque de almacenamiento hasta el neutralizador y a las columnas de purificación respectivamente.Las curvas características de las bombas Minox-01 se observan en la figura I.10.14:

57


Figura I.10.14

A continuación en la tabla I.10.30 se realizan las adopciones de los modelos específicos, a partir de los datos de la tabla I.10.29:

Bombas Modelos hp kW

3 M-111 0.5 0.37

4 M-111 0.5 0.37

5 M-111 0.5 0.37

6 M-111 0.5 0.37

7 M-111 0.5 0.37

Tabla I.10.30

En todos los casos con el modelo más pequeño de bombas Minox-01, de la empresa Bominox fue suficiente para satisfacer los requerimientos del proceso.

Bomba Volumétrica de Rotor Helicoidal

Solamente resta la adopción de cinco bombas del proceso, para estos casos se emplea un modelo diferente por cuanto se emplearán para el transporte de sólidos en suspensión. Se elige el modelo Rotor-M para todos los casos en los que se tienen sólidos en suspensión, también de la empresa Bominox SA.La bomba Rotor-M es una bomba de desplazamiento positivo para líquidos claros y muy viscosos. En la tabla I.10.31 se muestran sus características:


Caudal (m3/h)

Altura manométrica

(mca)

Motores (hP)

Velocidad del motor (rpm)

Viscosidad máxima (cP)

Temperatura (°C)

Material

0.5 a 20 5 a 60 0.5 a 7.5 100 a 1500 100000 80 a 110 AISI-316L

Tabla I.10.31

Otras características: Es autoaspirante volumétrica. Produce un bombeo constante, uniforme y sin pulsaciones. Es reversible, invirtiendo el sentido del giro. Tiene un muy fácil desmontaje para limpieza.

Una imagen de la bomba se presenta seguidamente:

Nuevamente seleccionaremos dentro de las bombas Rotor-M aquéllas que permitan satisfacer las necesidades, a partir del caudal a transportar y de la altura de carga solicitada. La tabla I.10.32 especifica las corrientes en las que se empleará y se muestra a continuación:


8 F-4 44.859 1 h 2.8 m3/h 1 m

9 F-10 66.207 1 h 4.138 m3/h 1.5 m

10 F-16 4.484 1 h 0.28 m3/h 1.8 m

11 F-29 3.624 1 h 0.227 m3/h 2 m

12 F-32 2.363 1 h 0.148 m3/h 4.8 m

Tabla I.10.32

59


Las curvas características para las bombas Rotor-M se pueden observar a continuación:

En este caso se tiene un juego diferente de curvas características. En el primer gráfico se obtiene, a partir del caudal (leído en ordenadas) y de la altura de carga en azul, las revoluciones por minuto de la bomba seleccionada, conociendo además si la solución es abrasiva y viscosa o no. Como aquí se emplearán las bombas para este tipo de solicitaciones, se leerá en la zona correspondiente a líquidos viscosos y abrasivos.La tabla I.10.33 de selección es:

Bomba Corriente Modelo Revolución

8 F-4 RS-31/M 470 rpm

9 F-10 RS-31/M 650 rpm

10 F-15 RS-21/M 300 rpm

11 F-30 RS-21/M 300 rpm

12 F-33 RS-21/M 300 rpm

Tabla I.10.33

A partir de esta tabla se puede leer, en el segundo gráfico, la potencia necesaria (Tabla I.10.34) para el bombeo en cada caso:


Bomba Corriente Modelo Revolucione Potencia

8 F-4 RS-31/M 470 rpm 0.8 hp/

9 F-10 RS-31/M 650 rpm 0.8 hp

10 F-15 RS-21/M 300 rpm 0.35hp

11 F-30 RS-21/M 300 rpm 0.35hp

12 F-33 RS-21/M 300 rpm 0.35hp

Tabla I.10.34

10.2.16 Placa Orificio

GENERALIDADESLa placa de orificio es uno de los dispositivos de medición más antiguos.La norma internacional aplicada en este equipo es la Norma ISO 5167-1.Los componentes que integran el equipo de medición se dividen en elementos primarios y en elementos secundarios.

Elementos Primarios: Se encuentran dentro de la tubería, se integran por el orificio y la placa de orificio, que consiste en una placa delgada y plana (de 1/8” a 3/8” de espesor) con una perforación circular que guarda diferentes posiciones en relación con el centro de la tubería, esta posición puede ser concéntrica, excéntrica o segmentada (figura I.10.15). La placa se construye de acero inoxidable tipo 316 para garantizar su dureza.

Figura I.10.15

Elementos Secundarios: Se encuentran fuera de la tubería, son dispositivos para medir la presión en la tubería, esta operación se realiza con las tomas de presión (figura I.10.16). Se colocan dos tomas de presión una antes y otra después de la placa orificio.

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Figura I.10.16

La función de los elementos primarios es generar la presión diferencial.Mientras que la de los elementos secundarios es medir y registrar esta presión diferencial.

Es importante comprender que en cualquier tubería por la cual circula un líquido, la presión aumenta cuando la velocidad disminuye y la presión disminuye cuando la velocidad aumenta.Vamos a referirnos a la figura (I.10.17), donde se muestra un corte transversal del dispositivo de medición.

Figura I.10.17

¨La placa orificio origina que la velocidad aumente y por lo tanto la presión disminuye¨.

La placa de orificio (punto C) insertada en la tubería origina que el agua choque con la placa y disminuya su velocidad.Debido a la reducción de la velocidad, la presión justo antes del orificio (punto B) es un poco mayor que la presión de operación en la línea de conducción aguas arriba (punto A).Al pasar el agua por el orificio, para compensar la disminución del área, la velocidad aumenta y la presión disminuye, llegando a su menor valor cuando la velocidad es máxima.Aguas abajo de este punto, el flujo se dispersa, disminuye la velocidad y se presenta un aumento de la presión en el punto D.


Después de la placa, la velocidad se recupera porque el agua circula en toda la tubería (punto E).Vamos a llamar la presión aguas arriba de la placa de orificio como h1, mientras que la presión aguas abajo como h2. La diferencia entre ambas (h1-h2) se conoce como la presión diferencial, la cual simbolizaremos por h.

REQUERIMIENTOS DE INSTALACION FISICA

DIÁMETROS MÍNIMO Y MAXIMOPara poder emplear la placa orificio, el diámetro mínimo de la tubería debe de ser de 2 pulg. y el máximo de 50 pulg.

CONDICIONES DE OPERACIÓNEs necesario que en las instalaciones se verifique lo siguiente:

Que la tubería sea circular. Que la tubería sea horizontal. Que el agua circule a tubo lleno. Que el diámetro antes y después de la placa sea el mismo. Que el interior de la tubería se encuentre limpio y libre de incrustaciones, al

menos 10 diámetros aguas arriba de la placa y 4 diámetros después de la misma.

ESPECIFICACIONES TECNICAS DE INSTALACIONEl dispositivo primario, es decir la placa de orificio, es fijado a la tubería entre un par de bridas con sus respectivos empaques. En la fotografía I.10.1 siguiente puedes observar la placa de orificio insertada en la tubería.

Fotografía I.10.1

Mientras que los dispositivos secundarios, es decir las tomas de presión, se colocan antes y después de la placa.En la fotografía I.10.2, puedes apreciar las tomas de presión, la diferencia entre ambos valores de presión, se conoce como presión diferencial, es indispensable conocer su valor para saber el gasto que está pasando por la tubería.La presión diferencial h, se mide con un manómetro diferencial (figura I.10.18).

63


Fotografía I.10.2 Figura I.10.18

DIMENSIONES RECOMENDADAS PARA LA PLACA DE ORIFICIOEn la figura I.10.19 puedes ver la sección transversal de una placa orificio y sus características geométricas, dimensiones:

D = diámetro de la tuberíad = diámetro del orificioE = espesor de la placae = espesor del orificio

Figura I.10.19

La Norma ISO 5167-1 establece que el espesor debe tener la placa y que proporción debe tener el orificio en relación al diámetro de la tubería.La tabla I.10.35, se muestra los valores mínimo y máximo de los espesores e y E, en función del diámetro de la tubería.También, el valor mínimo y máximo del diámetro del orificio y de los valores de la relación de diámetros β (d/D).


Tabla I.10.35

Al aplicar el criterio expuesto en la tabla I.10.35 para diferentes diámetros de tubería, se obtiene la tabla I.10.36:

Tabla I.10.36

DISTANCIA QUE SE DEBE COLOCAR LAS TOMAS DE PRESIÓNExisten tres posiciones de instalación, la tabla I.10.37 siguiente muestra las distancias requeridas aguas arriba (L1) y aguas abajo (L2) para cada tipo de instalación.

Tabla I.10.37

En la siguiente figura I.10.20, se observa las secciones transversales de los tres tipos de instalaciones:

65


Figura I.10.20

PÉRDIDA DE CARGA GENERA POR ESTE DISPOSITIVOUna desventaja importante de este tipo de medidor es la pérdida de carga hidráulica que genera, la representaremos por hL (figura I.10.21).

Figura I.10.21

Esta pérdida de carga es la diferencia de presiones estáticas entre la presión medida en la pared de la tubería aguas arriba de la placa orificio donde la influencia de la placa es despreciable (aproximadamente un diámetro) y la presión aguas abajo del elemento primario donde el flujo se recupera del impacto con la placa (aproximadamente seis diámetros).hL depende de β, Cd y h, se determina con la siguiente ecuación:

En forma aproximada, se puede formar la tabla I.10.38 que relaciona el porcentaje de pérdida de carga hL en relación a la presión diferencial h para diferentes valores de β.


Tabla I.10.38

Como puedes observar en la tabla anterior, las relaciones grandes de β, originan pérdidas de carga pequeñas. Es decir, entre más pequeño es el orificio en relación al diámetro de la tubería, la pérdida de carga es mayor.

La instalación tiene una máxima pérdida de carga admisible de 19 bar, el diámetro D de la tubería es de 4 pulg, la presión diferencial h es de 20 bar.

Calculo del diámetro de orificio recomendado:Primero, calculamos el porcentaje de la pérdida de carga, el cual está dado por:

De la tabla I.10.38, se obtienen β, relación de diámetros:

67

h%19

20100 95 Porcentaje de pérdida de carga

D 4in 10.16cm Diámetro de la tubería

0.2 Relación de diámetros

d D 2.032cm Diámetro del orificio

e 0.005D 0.51mm Espesor del orificio

E 0.005D 0.51mm Espesor de la Placa

L1 D 10.16cm Distancias requeridas aguas arriba

L2D

25.08cm Distancias requeridas aguas abajo


A continuación en la tabla I.10.39 se muestra con detalle las características de la placa de orificio:

Placa Orificio



Material de construcción Acero Inoxidable AISI 316 L

Presión aguas arriba 20 bar

Presión aguas abajo 1 bar

Dimensiones de la Placa Orificio

Diámetro del tubo 10.16 cm

Diámetro del orificio 2.032 cm

Espesor del orificio 0.51 mm

Espesor de la placa 0.51 mm

Toma de presión a D-D/2

Distancias requeridas de toma de presión aguas arriba

10.16 cm

Distancias requeridas de toma de presión aguas abajo

5.08 cm

Precio del equipo

Fabricante:HIDRONICA. S.A. DE C.V.

Diego Becerra 69, Col. San JoséInsurgentes, México, D.F.

Tel. 01-5-6604636E-mail: [email protected]

Tabla I.10.39

10.3 Conclusión

Con todo lo expuesto anteriormente, quedan adoptados los equipos necesarios para llevar adelante el proceso de producción. Los datos obtenidos serán de suma importancia para determinar luego los requerimientos de energía y servicios auxiliares.También fue importante poder definir los equipos de esta manera, por cuanto es la forma en que comercialmente se obtienen en todas las industrias, a partir de las especificaciones del proceso propio, pero también conociendo las ofertas estándares de los fabricantes.


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10 - adopción de equipo 2003

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