136346077 aplicaciones industriales de la fluidizacion

8/16/2019 136346077 Aplicaciones Industriales de La Fluidizacion

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Aplicaciones industriales de la fuidización

Concepto de fuidización.La fuidización es una operación básica mediante la cual el conjunto

ormado por partículas sólidas y una o más ases fuidas cualesquiera

adquiere un estado parecido al de un líquido. Un lecho de partículas está

fuidizado cuando las partículas están suspendidas y en movimiento en el

fuido.

os casos!

a" Una ase fuida y una ase sólida.b" os ases fuidas y una ase sólida.

Aplicaciones de la fuidización.

Los lechos fuidizados tienen m#ltiples aplicaciones$ tales como!

a" La clasi%cación mecánica de partículas en base a su tama&o$ orma o

densidad.b" 'l lavado o li(iviación de partículas sólidas.c" )ristalización.d" Adsorción e intercambio iónico.e" *ntercambiado de calor en lecho fuidizado.

" +eacciones catalíticas hetero,-neas.," )ombustión de carbón en lecho fuidizado.h" asi%cación de carbón en lecho fuidizado.i" /ioreactores de lecho fuidizado.

0eamos con un poco de detalle al,unas de las aplicaciones más comunes.

)ombustión en lecho fuido.La combustión en lecho fuido 12luizided bed combustion$2/)3 es una

tecnolo,ía de combustión usada en centrales el-ctricas.

4ecnolo,ía que permite una mayor fe(ibilidad en el uso de combustible!

carbón$ biomasa$ basura$ etc5 Además de un mayor aprovechamiento delcombustible y una mejor transerencia del calor producido durante la

combustión. Un lecho fuido está ormado por el combustible en pedazos

1apro(imadamente es un 6"78 del peso total del lecho3 y el lecho

propiamente dicho 1cenizas$ piedra caliza$ material adicional$ etc.3.

9o se permite la undición del lecho$ por lo que la temperatura está limitada

a :7;"


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'l carbón$ en partículas de 7">; mm$ es quemado en un lecho fuidizado con

partículas sólidas inertes cuyo tama&o está comprendido entre ;.7"? mm.

@enos del 68 del material del lecho es el combustible el resto son cenizas

del combustible y absorbente el cual es a&adido para capturar el azure

durante la combustión. Al aumentar la velocidad de fuidización ,ran

cantidad de material sólido es arrastrado.

" Al,o de historia...

'l concepto de combustión en lecho fuido sur,ió a principios de los a&os B;

en UCA y +eino Unido$ pero no atrajo el inter-s de las empresas el-ctricas$

principalmente por el alto coste y la poca importancia de las emisiones

contaminantes en aquel tiempo. 'n >$ lecho fuido estacionario

0elocidad del lecho! >"6 mHs

Altura de la capa! >">$7 m

IJ >$6">$B @KHm6

0entajas!

" temperatura de combustión más baja

" buena transerencia de calor 1super%cie de metal para avorecer la

transmisión de calor dentro del lecho3


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" desuluración interna por medio de piedra caliza$ se evita la

ormación de otros ,ases contaminantes como haló,enos.

" permite el quemado de carbones ricos en ceniza y combustibles de

diícil i,nición 1por ejemplo basura3.esventajas!

" alto consumo propio y p-rdidas en el ho,ar.

" mala respuesta a trabajo a car,a parcial.

" el arranque en río es complicado.

" t-cnica y económicamente costoso.

" la super%cie de intercambio es susceptible a la erosión.

" se supera recuentemente el límite de emisión de 9E(.

b" >G+G6; Lecho fuido circulante

)omparación con lecho fuido estacionario!

" más complejidad t-cnica$ es decir más componentes$ ciclón de

recirculación.

" sin intercambiador de calor dentro del lecho.

" velocidad del ,as mayor que la velocidad de caída de las partículas

17"B mHs3.

" mejor mezcla de los sólidos 1mejor desuluración$ menos consumo de

caliza3.

" temperatura constante en todo el ciclo$ menos p-rdidas en el ho,ar.

" menores emisiones de 9E( 1la combustión es escalonada3.

Gasicación de carbón en lecho fuidizado.

'n un principio el objetivo era producir un ,as natural que pudiese

transormarse en productos químicos 1incluyendo combustibles líquidos3. 'n

la actualidad$ ha aumentado la disponibilidad de ,as natural. La ,asi%cación

del carbón$ se ha centrado en el suministro de un combustible ,aseoso

limpio y fe(ible para la alimentación de plantas industriales$ aisladas de

suministros de ,as natural y para centrales ,eneradoras de ener,ía de ciclo

combinado.


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La ,asi%cación de carbón se utilizó inicialmente por compa&ías de ,as para

la iluminación hace más de D; a&os y ue ampliamente utilizada en 'uropa

donde el petróleo era escaso en los ;. Los ,asi%cadores de carbón se

utilizan en muchos países para la producción comercial de ,as y

compuestos carboquímicos. La elevada e%ciencia de los procesos de ciclo

combinado que usan ,as natural como combustible ha llevado a proponer

como vía posible para un aprovechamiento limpio y e%ciente del carbón$ su

conversión a ,as mediante la ,asi%cación.

- Usos industriales

'n todos los casos de inter-s comercial$ la ,asi%cación con vapor$ la cual es

endot-rmica$ es una reacción química importante. La entrada de calor

necesario es típicamente suministrada al ,asi%cador por combustión de una

porción del carbón con o(í,eno adicionado junto con el vapor. esde el

punto de vista industrial$ el producto %nal es ya sea chemical synthesis

gas 1)C3$ medium-Btu gas 1@/3$ o substitute natural gas 1C93.

)ada uno de los tipos de ,as tiene potenciales aplicaciones industriales. 'n

la industria química$ el ,as de síntesis de carbón es una uente alternativa

potencial de hidró,eno y monó(ido de carbono. 'sta mezcla se obtiene

principalmente del vapor reormando de ,as natural$ líquidos naturales del

,as$ u otros líquidos del petróleo. Los usuarios de combustible en el sector

industrial han estudiado la viabilidad de utilizar el medium-Btu gas en

lu,ar de ,as natural o petróleo para aplicaciones de combustible.

2inalmente$ la industria del ,as natural está interesada en substituir el ,as

natural $ el cual puede ser distribuido en redes de tubería.

4ambi-n ha habido al,o de inter-s por la industria el-ctrica en ,asi%car el

carbón usando aire para la entrada necesaria de calor. 'sto podría producir

low-Btu gas 1por la presencia de nitró,eno3$ el cual puede ser quemado en

un sistema de ,eneración de potencia del ciclo combinado.

" 'l proceso de ,asi%cación

'n casi todos los procesos$ el dia,rama ,eneral de fujo de proceso es el

mismo. 'l carbón está preparado por chancado y secado$ retratado si es

necesario para prevenir el endurecimiento$ y lue,o convertido en ,as con

una mezcla de aire u o(í,eno y vapor.


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'l ,as resultante es enriado y limpiado de los residuos quemados$ ácido

sulhídrico$ y )E6 antes de entrar a las ases opcionales de procesamiento

para ajustar su composición al uso %nal.

" 4ermodinámica

'n el estudio de la termodinámica de la ,asi%cación del carbón suponemos

que el carbón puede ser tratado como carbón puro aunque realmente sea

un sólido no homo,-neo que contiene hidró,eno$ o(í,eno$ azure$ nitró,eno

y materia mineral$ pues los errores asociados con esta suposición

probablemente no son si,ni%cativos.

)arbón M ases 1)E$ )E6$ N6$ )N3 O ) 1PcharP3 !"

) 1PcharP3 O N6E M )E O N6 1endot-rmica3 #"

) 1PcharP3 O ?H6 E6 M )E6 O )E 1e(ot-rmica3 $"

)E O N6E M )E6 O N6 1medianamente e(ot-rmica3 %"

)E O ?N6 M )N O N6E 1e(ot-rmica3 &"

'l asunto termodinámico principal en procesos de ,asi%cación más prácticos

es cómo suministrar el calor para esta reacción. 0arios m-todos son

ideados$ pero ,eneralmente el calor es suministrado permitiendo que

ocurran las reacciones e(ot-rmicas 1?3 y 173 en el mismo reactor junto con

la reacción 163. 'l ,rado al cual usamos una reacción o la otra depende de la

con%,uración del proceso y del producto deseado. Las reacciones 13 y 173

son llevadas a cabo en etapas posteriores con el %na de medir la

composición de los ,ases para sus usos particulares.

" Frocesos

Fara el proceso de lecho fuidizado$ sin a,lomeración$ KinQler.

a" Fresión! atmos-rica"; /ar

b" A,ente ,asi%cante! Aire u o(í,eno

Cecado en lechos fudizados.

- 'us (undamentos

'l procesamiento en lechos fuidizados implica el secado$ enriamiento$

a,lomeración$ ,ranulación y revestimiento de los materiales en ,ránulos. 's

ideal para una amplia ,ama de productos sensibles y no sensibles al calor.

'l procesamiento uniorme se lo,ra haciendo pasar un ,as 1por lo ,eneral


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aire3 a una velocidad controlada a trav-s de una capa del producto para

crear un estado fuidizado.

'l ,as de fuidización aporta el calor para el secado en lechos fuidizados$

pero el fujo del ,as no tiene que provenir de una sola uente. 'l calor sepuede introducir de manera e%caz calentando las super%cies 1paneles o

tubos3 inmersas en la capa fuidizada.

'n el enriamiento en lechos fuidizados se usa ,as río 1por lo ,eneral aire

acondicionado o ambiental3. 'n las plantas de tama&o más económico en

ocasiones será necesario acondicionar el ,as para lo,rar que el producto se

enríe adecuadamente y para evitar que capte partículas volátiles 1por lo

,eneral humedad3. 'l calor tambi-n se puede eliminar enriando las

super%cies inmersas en la capa fuidizada.

La a,lomeración y la ,ranulación se pueden realizar de varias ormas$

dependiendo del producto que se vaya a alimentar y las propiedades que

deba tener el producto %nal.

'l revestimiento en lechos fuidizados de polvos$ ,ránulos o tabletas

requiere de la aspersión de un líquido en condiciones estrictamente

controladas sobre el polvo fuidizado.

'(isten toda una serie de sistemas para el secado en lechos fuidizados. Los

secadores continuos y por lotes$ los enriadores y los sistemas dea,lomeración$ revestimiento$ a,lomeración en bolas y ,ranulación están

dise&ados para operar en ciclos abiertos 1que implican la evaporación de

a,ua3$ o en ciclos cerrados 1que implican la evaporación de solventes$ en su

mayor parte or,ánicos3. Fara los productos que presentan ries,o de

e(plosión de polvo durante el procesamiento$ e(isten disponibles dise&os a

prueba de choques de e(plosión y sistemas auto"inertizados y de ciclo

cerrado.

- Aplicaciones

Aplicación para la obtención de productos químicos$ bioquímicos$armac-uticos$ alimenticios$ lácteos y de polímeros.

- 'us )enta*as

a- La fuidización de los materiales en ,ránulos permite una mayor(acilidad en el transporte de los materiales$ altas )elocidadesde intercambio de calor con una ,ran e%ciencia t-rmica$ a la vezque e)ita el sobrecalentamiento de las partículas.

b- Las propiedades de los productos se determinan bas+ndose

en la in(ormación deri)ada de su )elocidad de secado$ porejemplo$ la orma en que el contenido de partículas volátiles cambia


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con el tiempo en un lote en lecho fuidizado que opera en condicionescontroladas. Etras propiedades importantes son la )elocidad delgas de fuidización$ el punto de fuidización 1es decir$ elcontenido de partículas volátiles bajo el cual se lo,ra la fuidizaciónsin a,itación mecánica o vibración3$ el contenido de part,culas)ol+tiles en euilibrio y el coeciente de trans(erencia decalor para las super%cies de calentamiento inmersas.

c- 'stos y otros datos se alimentan a un modelo por computadora delprocesamiento en lechos fuidizados permitiendo así dimensionar lossistemas de secado industriales.

d- 'l secado en lechos fuidizados resulta adecuado para pol)osgr+nulos aglomerados y pastillas con un tama/o de part,culapromedio entre &0 y &00 micras. 's muy probable que los polvosmuy %nos y li,eros o las partículas altamente elon,adas requieran

vibración para lo,rar con -(ito el secado en lechos fuidizados.

1eactores de lecho fuidizado. 2CC 2luid CatalyticCrac3ing".

Las re%nerías han ido adaptándose para producir cada vez mayor porcentaje

de racciones li,eras 1los productos más valiosos del barril de crudo3. Nemos

pasado de la re%nería que hace el raccionamiento del crudo por destilación

atmos-rica o al vacío a la compleja re%nería que convierte mediante

craqueo catalítico 1entre otros procedimientos3 las racciones pesadas de la

destilación al vacío en racciones li,eras$ y %nalmente a las re%nerías que

utilizan procesos más proundos$ consi,uiendo un barril más blanco.

Fara comprender el craqueo catalítico operando en doble lecho fuidizado

empezamos por el craqueo t-rmico que consiste en la ruptura de las

cadenas carbonadas por la acción del calor 1;;"B7; =)3. Las cadenas se

rompen$ deshidro,enan o polimerizan produciendo para%nas más cortas$

ole%nas$ natenos o aromáticos$ se,#n los casos.

'n principio$ la ruptura de un hidrocarburo da lu,ar a una nueva para%na

más corta y a una ole%na.

e acuerdo con esto$ la realización del craqueo obli,a a calentar la raccióntratada a una temperatura determinada y de la orma más homo,-nea


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posible$ y lue,o separar las racciones ori,inadas de acuerdo con su

volatilidad. 'stas operaciones serán continuas$ dada la alta escala a la que

se eect#an.

'l craqueo se practica en ase líquida o en ase vapor. ependiendo de la

volatilidad del aceite tratado y de la presión y temperatura de trabajo. Lascondiciones más corrientes de ase líquida 1preerentemente para tratar

aceites pesados3 es de unos 7; =) y >;":; atm. 'n ase vapor 1,asóleos

li,eros y querosenos3 las temperaturas son al,o más altas$ 7;;=) o más y la

presión nunca lle,a a las "7 atm.

La proporción de la car,a que se transorma en ,asolina varía con la

temperatura y el tiempo. 'l rendimiento en ,asolina lle,a a veces al :;8.

'n las re%nerías modernas el craqueo t-rmico a quedado desplazado por el

craqueo catalítico.

Ci,ue utilizándose por ? objetivos!

" 4isbrea3ing o reducción de la viscosidad de los residuos pesados dela destilación atmos-rica o al vacío.

" Froducción t-rmica de ,asóleo." Couización$ para aprovechar al má(imo las partes volátiles.

Las operaciones de craqueo t-rmico se han pereccionado con el empleo de

catalizadores que han permitido disminuir las temperaturas y las presiones

y mejorar el rendimiento en ,asolina$ aumentando así mismo su calidad

carburante al producir una mayor rami%cación en las cadenas.

Los catalizadores empleados pueden ser dadores de protones o

transportadores de electrones.

La dierencia undamental entre las reacciones de craqueo t-rmico y

catalítico es que las primeras se producen a trav-s de un mecanismo de

radicales libres y las se,undas mediante la producción de carbocationes

producidos por la adición del catalizador.

Ce practica de manera semejante al t-rmico pero intercalando en la cámara

de reacción el lecho catalítico para que lo atraviesen los vapores a reormar.'ste sería el sistema de lecho %jo. 'l depósito de coque obli,a a trabajar con

doble lecho mientras uno está en unciones se pasa por el otro una

corriente de aire caliente que quema la carbonilla y libera la super%cie del

catalizador.

)omo esta orma intermitente de trabajo no puede ser muy e%caz$ se ha

evitado de varias maneras$ empleando sistemas en que las bolas de

material cerámico se sustituyen por el catalizador ,ranulado o tambi5noperando en doble lecho fuidizado uno de cuyos lechos traba*a encat+lisis y simult+neamente el otro se descouiza por combustión$pasando continuamente el catalizador ,ranular microes-rico de uno a otro.


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Las ventajas de este sistema fuidizado especialmente se basa en la granproducción por unidad.

'l resto del proceso es análo,o tambi-n al craqueo t-rmico.

'n ,eneral$ el reormado da muy elevados rendimientos en ,asolina y

mucho menor en ,ases$ pues las reacciones catalíticas transorman las

ole%nas y para%nas ,aseosas en hidrocarburos alcohilados$ nat-nicos y

aromáticos.

6ocumentación.

- 7ntroducción a la 8u,mica 7ndustrial. 9ro(. 6r. :ngel 4ian;rtu/o.

" 2uentes en internet!es.wi3ipedia.orgplantdesign.iespana.es 1dise&o de plantas químicas ya,roindustriales3www.)irtual.unal.edu.co 1portal de la Universidad 9acionalde )olombia3
http://www.virtual.unal.edu.co/http://www.virtual.unal.edu.co/

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