2. apuntes pirometalurgia-secado
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Escuela Ingeniera Qumica Pontificia Universidad Catlica de Valparaso
GeneralCruz#34,Casilla4059,Valparaso,Fono:5 6.32.2274181,FAX:56.32.2273807,E-Mail:alvaro.ar acena@ucv.cl
2. SECADODEMATERIALPARTICULADO
2.1 IntroduccinLasrazonesporloscualesserealizaunsecadode materialparticuladosedaacontinuacin:
Aumentarelvalorcomercialalosconcentradospor unidaddevolumen
Reducirloscostosdetransporte
Mejorarelcarguoyoperacindeloshornosdefus in(reverbero) EliminarelH 2OqueafectalosprocesosFlash
Operacin unitaria consistente en evaporar el agua u otro lquido contenido en el concentrado hmedoprovenientedelaplantadeconcentracindeminera les.
La humedad del concentrado es necesaria para el tra nsporte desde la planta concentradora hasta lafundicin, ya que de esta manera se evitan combusti ones espontneas del concentrado. Esta humedadoscilaentre8y10%.
Sinembargo,unavezenlafundicin,esnecesario extraerlahumedaddelconcentrado.Denoseras, elagua contenida en el concentrado se evapora de mane ra prcticamente instantnea al inyectarse en elreactor, generandoexplosionesqueponenenpeligrolaopera cin,ademsdehacermsineficienteelprocesodefusindesdeelpuntodevistaenergtic o.
Unsecadototaldeunconcentradopuedetenerconte nidosdeaguatanbajoscomo0,10,3%enpesodeH2O,estoltimosedenomina secadoamuerte.
2.2 TermodinmicadelsecadotrmicoElpropsitoeseliminarparcialototaldelagual quidaretenidaenlosconcentrados,porellosene cesitacalentar a una temperatura que permita la evaporaci n del agua y transferir el vapor de agua a laatmsfera.
Lasreaccionesqumicasqueacompaanalsecadoson secundarias,porlotanto,enelsecadotrmicosedebenanalizarlossubsistemassiguientes:
Concentrado:Subsistemaslidoconstituidoporunc onjuntodepartculasfinasdeorigenmineral,reactivasynohigroscpicas
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Subsistemalquidoconstituidoporaguaremanented elaetapademolienda.SegnnaturalezadelcircuitodeflotacintendrpHcidoobsico
Termodinmicamente el procesoms importante del se cado (evaporaciny eliminacinde agua) puedeexpresarseporlasiguientereaccin:
H2OSlidoaTambiente H 2OGasaTsalida
Lareaccinesendotrmica,endoentrpicaymuyfav orecidaatemperaturasporsobreelpuntodeebullicin Sielprocesoocurrebajoelpuntodeebullicins evefavorecidocuandolapresinylahumedadambientalessonbajas Elparmetrotermodinmicoquemsinteresaconoce reselcambiodeentalpa o OHH 2 asociado
alagua
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )1152231423
,
,,
103349.010359.5019.30
10349.31036.547.458.22136
488.75donde,
J/mol,2
++=
++=
=
++=
evapevapevapevapo
evapevapevapo
evapT
ambevapevapambo
evapoo
evapTevapamboo
TOH
TTTTTTTTH
TTTH
TTTTH
TTHHTTHH
En las ecuaciones anteriores,T,T evap y T amb representan la temperatura absoluta a que sale el vapor deagua,aqueseevaporaydelambiente,respectivame nte
Ejemplo:Cuntoeselrequerimientotermoqumicotericopar arebajarlahumedadde1tondeconcentradodesde18%a8%.LaT amb=10C,T evap=70CyTgasesdesalidade120C.Sisesuponeun rendimientotrmicode60%,elrequerimientototaldelsecadoser?
2.3 Termodinmicadeinterfase
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Losconcentradosestnformadosporpartculasfina sslidas,porellolosfenmenosdefisico-qumica desuperficie hacen a los concentradosmateriales reac tivos, entonces en su gran superficie especfica (3 50cm2/g)puederetenerseunaapreciablecantidaddeagua adsorbida.
Paraestetipodeaguarigelasiguienterelacind eequilibrio:
{H2O}ads (H 2O);K6=P H2O
{H2O}ads representaelaguaadsorbidaenlasuperficiedel aspartculasdeconcentradoAlestarelaguacomprometidacon la superficie, suactividadqumicadesciende (idemparaactividaddel agua en soluciones acuosas). El diagrama P-T (F ig. 1) representa justamente el efecto determodinmicadeinterfase
Figura1.Comportamientodelaguadelconcentradoe nundiagramaP-Tcualitativo
Enlaprctica: Aunapresindadaserequerirmayortemperatura paraeliminaragua Aunatemperaturadadaserequerirmenorpresin paraextraerelagua
Loanteriorpermiteclarificarunconceptodeenorm eimportanciaensecado: Humedaddeequilibrio
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La figura siguiente muestra en forma cualitativa lo que ocurre con la humedad contenida en unconcentradoencondicionesisotrmicascuandolahu medadquesecavara Lahumedaddelmaterialseexpresacomohumedaden baseseca (HBS)kgH 2O/kgconc.secoConsidereunconcentradodadoaunaT amb yHBSinicialwibastanteelevadaComolosconcentradosnoformanhidratos(salvoaqu ellosquesehubiesensulfatadoporalgnmotivo),entoncesel aguanoestqumicamente ligadaa ello s,por lo tanto el aguapuedeestar adsorbidaobie nlibre
2.4 Cinticadelsecadotrmico Elsecadotrmiconoesunprocesoinstantneo,sin odinmico
Enlestninvolucradossimultneamentelosproces osdetransferenciademasaycalor Elconcentradodeberecibircalordelmediosecante ,ydebecederasteparte(otoda)suhumedad
Elparmetrocinticoqueprimerointeresaevaluar eslavelocidaddesecado.Lassiguientesdefinicio nespuedensertilesparalaevaluacinprcticadels ecado
En v(superficial) es til en particular para el sec ado solar, y en v(en peso) en el caso de hornos par acalcularlostiemposderesidenciaylosflujosde alimentacin
Sisesuponequeelsecadotrmicoesunprocesore gidoporladifusindemateria(difusindevapor deaguadesde la superficiede laspartculasdeconce ntradohaciaelambiente)aplicando laprimera ley deFicksetienequeelflujomsicoporunidaddetie mpoydereaser:
secoconc.kgheliminadaOHkg
peso)v(enmheliminadaOHkg
ial)v(superfic
2
22
=
=
=
==
hOHkg
dtdm
AV
donde,x
C
AVJ
2OHOH
OHOH
OHOH
22
2
2
2
2D
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y expresando el gradiente de concentraciones en fun cin de las fracciones molares del agua en elconcentrado(Y H2Oconc )yenelambiente(Y H2Oamb )setienequeelflujoqueda:
KH2O eselcoeficientedetransferenciademasadeagua adsorbidaenlasuperficiedelconcentrado.
Laecuacinanteriorindicaquelavelocidaddesec adoserfavorecidasi:
A) ElcoeficienteK H2Oesgrande,paralocualserequiereque: Elaguaestdbilmenteadsorbida Latemperaturaseaelevada Lapelculadifusional seapequea
AfectarnalK H2O: Lamineralogadelconcentrado Lagranulometradelconcentrado Lapresenciadereactivosresidualesenlasuperfic ie Lavelocidadrelativaentrepartculaymediosecan te
B) El gradiente de humedad es grande para lo cual se requiere un medio secador lo ms se coposible,entoncessedebeusarairecalienteogase sprovenientesdelacombustindecarbnseco.
C) Mecanismos que operan en el secado es necesario primero indicar que los concentradoshmedospresentanunagrantendenciaaaglomerarse
El modelo ilustrado a continuacin representa la ci ntica del secado trmico, para un aglomerado detemperaturaTcyunahumedadYc.
=
==
22amb
OHconc
OHOHOH
OHOH
OH
mhOHkg
)Y(YKJ
luego,
YJ
2222
2
2
2 D
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Figura3.Modelocinticodelsecadotrmicodeun aglomeradodepartculasdeconcentradodecobre
En un instante dado est en contacto con un medio s ecante de temperatura Tm y humedad Tm. Si sesupone que en el instante considerado se ha formado ya una capa de concentrado semi-seco, el secadoocurrirsegnlossiguientesmecanismosdetranspo rtedemasaycalor
1. Transportedecalorentreelmedioylainterfase2. Transportedecalorenlainterfasemedio-concentra do3. Transportedecalorenlacapasemi-seca4. Evaporacindelagualquidaenalgnpuntodelac apasemi-seca5. Difusindelagualquidahastaelpuntoenquese evapora(paraleloa4)6. Difusindelvapordeaguahastalainterfasemedio -concentrado7. Difusindelvapordeaguaatravsdelainterfase medio-concentrado8. Transportedelvaporalmediosecante
Interfasecapasemiseca/ncleoconcentradohmedo
Interfasemedio/concetrado
Capaconcentradosemiseco
NcleoconcentradohmedoTcYc
TransferenciademasaTransferenciadecalor
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Alteracionesdelconcentradoalsecar: Elsecadoesunprocesofsico(prdidadeagua) Puedenocurriralteracionessecundarias
LaFig.4muestralostiposdeprincipalesalteraci onesfisicoqumicasquepuedensufrirlosconcentra dosenelrangoquevadesdelaambientehastalos1000 C.
Figura4.Alteracionesfisicoqumicasquesufrenlo sconcentradosenelrango0-1000C
Al secar se puede producir la oxidacin de una pel cula exterior en los aglomerados de concentrado(xidosdeCu,FeySO 2)
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SO2 enelaireenpresenciadexidoscatalticos(Fe 2O3ySiO 2) SO 3 SO3 puedesulfatarlosxidosasulfatofrrico,ysul fatoyoxisulfatodecobre
Laformacindesulfatodecobreesmediohmedo(a cuoso)esunade lascausasprincipalesdelacorrosinquecausaelconcentradoencontactocon chapasdeacerocorrienteporcementacin
{CuSO4}ac + s ={FeSO 4}ac + s
Elmecanismoqueexplicaloanteriorsedaacontin uacin:
Concentrado+O 2 (aire)
Cu2 OCuO +SO 2Fe2 O3
+O 2 (aire)
+ SO 3Catalizador(SiO2 , Fe2 O3 )
CuO*CuSO4Fe2 (SO4 )3 + CuSO4
+H 2 O(humedad conc)
CuSO4 *5H2 O(electrolitocorrosivo)
Cementacin
Concentrado+O 2 (aire)
Cu2 OCuO +SO 2Fe2 O3
+O 2 (aire)
+ SO 3Catalizador(SiO2 , Fe2 O3 )
CuO*CuSO4Fe2 (SO4 )3 + CuSO4
+H 2 O(humedad conc)
CuSO4 *5H2 O(electrolitocorrosivo)
Cementacin
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2.5 Conceptosdehumedadaplicadosalosclculosd esecadoLa Humedad (H) de una mezcla de vapor de agua y air e se define como los kg de vapor de aguacontenidosen1kgdeaireseco,yslodependede lapresinparcial(p A)delvapordeaguaenelaireydelapresintotal(P).
A
A
2
22
A
A2
p-Pp
28.9718.02H
airekg28.97airemolkg
OHmolkgOHkg18.02
airemolkgOHmolkg
p-Pp
secoairekgOHkg
H
=
=
El aire saturado es aire en el cual el vapor de ag ua est en equilibrio con agua lquida a lascondicionesdepresinytemperaturasdadas. Enestamezcla,lap Aenelaireesigualalapresindevapor(p AS)delaguapuraalatemperaturadada,entonceslahumedaddesaturacin(H S)ser:
AS
ASS p-P
p
28.9718.02H =
El porcentaje dehumedad (H P) se define como100veces la humedad actualHdel aire divididopor lahumedadH Ssielaireestsaturadoalamismapresinytemp eratura.
SP H
H100H =
Elporcentajedehumedadrelativa(H R)correspondealacantidaddesaturacindelamez cladevapordeaguayaireusandopresionesparciales:
AS
AR p
p100H =
OJO:H R H P
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Ejemplo:Elairedeunahabitacinesta26.7Cyaunapre sinde101.33kPa,elairecontienevapordeagua conunapresinparcialde2.76kPa.Calcule:H,H S,H PyH R.
Puntoderoco deunamezcladeaireyvapordeaguaeslatemper aturaalacualunamezcladadadeaireyvapordeaguaestarsaturada.Porejemplo,a26. 7Clapresindevapordeaguasesaturacin,p AS,es3.5kPa,porlotanto,elpuntoderocodeunamez cladevapordeaguayaireaunapresinparciald e3.5kPaserde26.7C.Unadisminucindelatemperatu ra,entoncesproducirunacondensacindelagua.
Siunamezcladevapordeaguayaireesta37.8C ycontieneunapresindevapordeagua,p A,de3.5kPa,lamezclanoestarsaturada.
Calorhmedo deunamezcladeaireyvapordeaguaes lacantid addecalorenJ(okJ) requeridoparaelevar la temperatura de 1 kg de aire seco ms el v apor de agua presente en un grado (K o C). Lascapacidades calricas del aire y del vapor de agua pueden ser consideradas constantes e igual a 1.005kJ/kgairesecoKy1.88kJ/kgvapordeaguaK,res pectivamente.
Calorhmedo,c H,[kJ/kgairesecoK]=1.005+1.88H(SI)
Volumenhmedo deunamezcladeaireyvapordeagua,v H,eselvolumentotalenm3deunkgdeairesecomselvapordeaguacontenidoa101.33kPay a latemperaturadadadelgas.Usandolaleydelosgasesidealessepuedellegara:
vH[m 3/kgaireseco]=(2.8310 -3 +4.5610 -3H)T,TenK
Cartadehumedad delamezclavapordeaguayaireconfeccionadaa 1atmsferadepresinabsolutaesmostradaenlafigurasiguiente.Segraficalahume dadversuslatemperaturadelamezcla(temperatura debulboseco).
Aladerechadelacurva100%setienelahumedadd esaturacin,H S,comofuncindelatemperatura.Enejemploanteriorpara26.7C,H Sfuedeterminadaen0.02226kgH 2O/kgaire.Graficandoestepunto(26.7,0.02226)sedebeponersobrelalnea100%.
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2.6 Curvasdevelocidaddesecadoparacondiciones desecadoconstanteEnelsecadoesdeseableestimarciertosparmetros talescomo: Condicionesoperacionalesdehumedadytemperatura paraelaireusado Tiemporequeridopararebajarlahumedaddeunval oraotro Tamaodelsecadornecesario
Porlotantosehacenecesariomedirexperimentalme ntelavelocidaddesecadoparacadamaterialatra tar
2.6.1 Conversindedatoscurvasdevelocidaddese cado.Eltrabajoexperimentalbatchseobtienendatosde pesototaldelslidohmedoadiferentestiempose nelprocesode secado.Losdatosobtenidos sepuedenco nvertir endatosdevelocidadde secado.SeaWelpesodelslidohmedoyW Selpesodelslidoseco:
seco]slidototal/kgagua[kgWW-W
XS
St =
Paraunacondicinde secado se calcula el contenid odehumedadde equilibrioX * [kghumedadeq./kgslidoseco].Luegosecalculaelcontenidodehume dadlibre,X,paravalordeX t X=X tX *
Paralacurvadevelocidaddesecadosedebemedir laspendientesdetangentesdibujadasenlacurvaX -t dX/dtavaloresdadosdet.
Lavelocidaddesecadoescalculadaparacadapunto por:
dtdX
AL-R S=
R=Velocidaddesecado,kgH 2O/h/m2LS=Pesodeslidosecousado,kgA=reasuperficialexpuestaparasecado,m 2
UsandounvalordeL S/Ade21.5kg/m 2 seobtuvolasiguientecurvadevelocidaddesecad oalgraficarRv/selcontenidodehumedad:
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Otra forma de calcular R es determinar la prdida d e peso X para un t. Por ejemplo, siX t=0.350 at1=1.65hyX 2=0.325at 2=2.04h Rser(L S/A)(X/t),paraestecaso1.493.
Esta velocidad es el promedio en el perodo 1.68-2. 04 h y debe ser graficada a una concentracin Xpromedio(0.350+0.325)=0.338
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2.5 EquiposdesecadoLaseleccindeunsecadordependerdecincocarac tersticasprincipalesconsuscorrespondientesevaluacionespropias:
i. Propiedadesdelconcentrado:Caractersticasfs icasenhmedoyenseco;Toxicidad,Inflamabilidad;Tamaodepartcula;Abrasividadii. Caractersticasdedesecacindelmaterial:Tip odehumedad;Contenidoinicialyfinaldehumedad;Temperaturapermisibledesecado;Tiempop robabledesecadoiii. Circulacindelmaterialqueentraysaledel secador:Cantidadatratarporhora;Tiposdeoperacin,continuaodiscontinua;Procesosanterio resyposterioresiv Cualidadesdelproducto:Contaminacin;Temperat uradelconcentrado;Densidadv. Recuperacindelconcentradovi. Caractersticasfsicas:Espacio,combustibled isponible;Condicionesambientales
Engeneral,lossecadorespuedenclasificarseenoc hocategoras.Cadaunaseajustamejoraunaaplicacinparticular.
Transportador:elsecadoseefectamientrassetrasladaelmate rialenunacintatransportadora.
Tambor:elsecadoserealizaenlasuperficieexteriorde untamborcalentadointernamente.
Flash:elsecadoseefectaduranteeltransportemedian teunacorrienteturbulentadeairecalienteogas.
Lechofluido :elsecadosellevaacabomientraselmateriales tensuspensinenunambientefluidizado.
Rotatorio:elsecadoserealizamientraselmaterialesten movimientodentrodeuncilindrorotatorio.
Spray:elsecadoseefectacuandoelmaterialenforma delechadaesatomizadoenunmediodeaireogas.
Bandeja:elsecadosellevaacabomientraselaireogas abajavelocidadespasadoporencimaoatravsdelmaterialenbandejas.
Aspiracin:elsecadoserealizaabajatemperaturamientras elmaterialestenunacmarabajoaspiracin.
2.5.1 SecadoresRotatoriosLossecadoresrotatoriosconsistenenestructurasc ilndricasligeramenteinclinadasysostenidaspor dosanillosderodaduraquefuncionansobremecanismos derodillos.Estesecadorseusageneralmentepara
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produccindealtotonelajeporsucapacidaddeman ejarproductosdeconsiderablevariacinentamao ycomposicin.Seempleaensecarunaampliagamade materialesgranulares.
2.5.2 TiposdeSecadoresRotatoriosCalorDirecto :Lossecadoresdecalordirectosonmsaplicable samaterialesenformasgranulares,comprimidasodeextrusin,quenosonsensiblesal calorytampocosonafectadosporelcontactodire ctocongasesdecombustin.Losmaterialespuedenser secadosenparaleloocontralacorrientedelgascaliente.Lossecadoresdeflujoparalelosonideal esparaelsecadorpido,eficienteyabajatemper aturadematerialesquesonmssensiblesalasaltastem peraturas,bajadensidad,pegajososynoadquierenfluidezfcilmente.Latransferenciadecalorseef ectapredominantementeporconveccin.
CalorIndirecto :Lossecadoresdecalorindirectosonmsaplicab lesamaterialesquesonsensiblesalcalorytambinsonafectadosporelcontactodirec tocongasesdecombustin.Enesteequipo,elmate rialentraencontactosloconlasuperficiecaliented elcilindro,queescalentadaexternamentecongase sdecombustin.Elmaterialhmedoseintroduceenelc ilindrorotatorio,insertadoenunacmaraestacionaria.Losgasesdecombustincalientespas anatravsdelespacioanular.Latransferenciadecalorserealizaprincipalmenteporconduccin.
InyeccindeVaporenTubos :Lossecadoresdeinyeccindevaporentubos,so nmsaplicablesamaterialessensiblesalcaloryacontaminacincon gases.Unadelasaplicacionescomunesestenlosproductosalimenticiosyagrcolas.Existentubosc alentadosconvaporyorganizadoscoaxialmenteenfilasalolargodelsecador.Latransferenciadec alorsellevaacaboesencialmenteporconduccin.
Acontinuacinsepresentaunadescripcindelfunc ionamientoyprincipalescaractersticasdecadaun odelostiposdesecadoresrotatoriosmencionadosan teriormente:
SecadoresRotatoriosdeCalorDirecto:Esteequipopuededescribirsecomounlargocilindr orotatorio,montadosobrepolinesenunlevengul odeinclinacinyquerotalentamente.Sealimentae nunextremoconelmaterialhmedomedianteuncanalelcualrecibeelmaterialdesdeunacorreat ransportadora.Mientraselcilindrorota,laspalet aselevanelmaterialhmedoatravsdelaseccinde crucedelcilindroyloexponenagasescalientesprovenientesdelacmaradecombustin.Estaconsi steenunquemadorcontroladoautomticamentequeflameaenunhornorevestidoconmaterialrefractar ioparaasegurarlacompletaactividaddelcombusti bleylaproteccindelasplanchasdeacero.
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Unaespecialimportanciatieneeldiseomecnicod elossecadoresrotatorios.Elselladofirmeesese ncialpueslafiltracindentroofueradelequipoafecta laeficienciatrmicaycapacidaddelmismo.Lossecadoresmayoresa8piesdedimetrosonnormalme nteoperadosmedianteunengranajeanularprotegido.Laoperacinseefectaconunpindes deunmotorelctricohastaunreductordeengranaj es.Parasecadoresmenoresque8pies,seempleanregul armenteunacadenayunaruedadentadadecadena,locualbrindalosmsrentablesbeneficiosanivel decostos,ademsdecumplirconlosrequisitosoperativos.
Adems,delcilindrorotatorioymecanismosdetran smisin,lossecadoresincluyenunagamadedispositivosdealimentacin,cmarasdecombustin ,sistemademanejoylimpiezadegases,instrumentacinbasadaenPLCysistemadecontrol, yauxiliaresparaasegurarunaoperacinsegura.
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Figura3.Construccinmecnicadeunsecadorrotato riodecalordirecto
SecadoresRotatoriosdeCalorIndirecto:Lossecadoresdecalorindirectosecomponendeun cilindrorotatorioenclaustradoenunacmaraestacionaria.Generalmenteelmaterialasersecado esintroducidoenelcilindrorotatorioconuntransportadorhelicoidalqueseextiendeunoscuant ospiesdentrodelcilindro.Estacontienevasosqu enormalmentesonde2a6dealtoy3/8deespeso r,soldadosenlasuperficieinternadelcilindroy seextiendenalolargodelmismo.
Elpropsitoprincipaldestosesmezclarelmater ialyminimizareldesgasteenlasuperficieintern adelcilindro.Lacmaradecombustinestacionariaesd eparedesrefractariasysirvecomopasoparalacombustincalientegeneradaporelgasdesdeunsi stemaquemadorexterno.Elcalorsetransfiereprincipalmenteporradiacin.Unadelasventajasde estetipodesecadoresquesegeneraunvolumenmnimodegasdedesecho.Estominimizaelarrastre departculasyasserequerirunequipomspequeodeprocesamientodegasdedesecho.
Lamayoradeestossecadoresoperanmedianteunme canismodecadenayruedadentada.
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Figura4.
SecadoresRotatoriosdeInyeccindeVaporenTubos :Esuncilindroconfilasfijasdetubosalolargo delmismo.Estossedistribuyencoaxialmente.Elci lindrotieneunapequeainclinacinparapermitirqueel materialfluya.Elnmerodecapasdetubospuedeoscilarentreunoycuatro,dependiendodeldametr odelcilindro.Setransmiteelcaloralosmateria lesporconduccinamedidaqueseinyectaelvaporporel interiordelostubos.Elcilindrorotatorioesais ladoenlasuperficieexteriorparaminimizarlaprdidade calorqueseproduceatravsdelasparedesdelm ismo.
Enlaseccindealimentacin,lostubosseconecta nindividualmenteaunacmaraoanillocolector.E lanillocolectorpermitepurgarlosgasesnocondens ablesquesepresentannormalmenteenelprocesode lvapor.Enlaseccindedescarga,lostubossecone ctanauncolector.Esteelementopermitelaintroduccindevaporytambinrecogeelcondensad oatravsdeunconductodedrenaje.Yaquenoexisteelflujodevapordesdeuntuboaotro,elv apornodejaeltubohastacondensarse.
Elmaterialasersecadoesintroducidomedianteun distribuidordehusillo.Lostubosdeinyeccindevaporsirvenparaagitarymezclarelmaterialque sersecado.Estaaccindemezclaycascada,asc omounareduccinenvolumendematerialamedidaques eremuevelahumedad,alolargodelaligerainclinacindelcilindro;mueveelmaterialhaciad ebajodelacubiertadedescarga.
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GeneralCruz#34,Casilla4059,Valparaso,Fono:5 6.32.2274181,FAX:56.32.2273807,E-Mail:alvaro.ar acena@ucv.cl
Figura5.ConstruccinmecnicadeunSecadorrotat oriodeinyeccindevaporentubosde5ancho3 0largo
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Lostrescomponentesfundamentalesqueafectanlad isponibilidaddeequiposson:cilindrorotatorio,cmararecolectoradevapor,obturadordeaire.
Cilindrorotatorio :Lostubosdeinyeccindevaporsedistribuyene ncapasysemantienenensusitiopormediodesoportesdetubossoldadosdentrodel cilindro.Estepuedeserexpuestoagrandesgradien tesdetemperaturaquetraencomoconsecuenciaexpansio nestrmicasdesigualesalolargodelcilindro.CmaraRecolectoradeVapor :Estaeslacmaraqueguardatantoelvaporcomo elcondensado.Suimportanciardaicaenevitarfiltracionesdecualq uierfluidodesdeelvaporhastaelmaterialquese estsecando.ObturadordeAire :Soninstaladosentreelcilindrorotatorioylas cubiertasdealimentacinydedescarga,conelfindeminimizarfiltracionesenc ualquieradelasdosdirecciones.
SecadordeLechofluido:Elsecadordelechofluidizadoestcompuestoporl ossiguientescomponentesprincipales:
CmaradeCombustin
Windbox
Fluoplate
CmaradeExpansin
Ladescripcindecomponentesprincipalessedaac ontinuacin:CmaradeCombustin :GeneralmentedediseoHelicoidaldealtaturbule ncia,altatemperatura,altapermanenciaeneltiempo.Todoestosignificaunac ompletacombustindelcombustible.Fluoplate:Elfluoplatequeseinclinafacilitalaeliminaci ndematerialextraodegrantamao.Seempleaairelimpioparaasegurarquelasuperficie superiorpermanezcafra,inclusoconladetencin (estoimpidequeellechosesobrecaliente).Disponede casquetesdebajoperfilqueaseguranunafluidizac inapropiadaalfondodellecho.Lapartesuperiorye lfondodelfluoplaterecubiertasconmaterialrefr actariodobleproporcionanresistenciaestructuralyestabi lidadtrmica.CmaradeExpansin :Unconodedispersinestincorporadoenelpunt odealimentacinparainterrumpirelimpulsoadquiridoporlaalimentaci nydispersarlaporsobreunagranseccincruzada dellecho.Previeneaglomerados.Promuevetemperaturas parejasdellecho.
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Losiguienteesladescripcindelproceso
Sedisponedeunatolvadeconcentradohmedopara alimentarelsecador.Tieneunfiltrodemangasinstaladoensupartesuperiorconunventiladorqu emantienepresinnegativaensuinterior.Elconcentradohmedoesrecibidoporelsecadormedia nteunacorreatransportadora.
Paraevitarqueelmaterialsecuelgueensuinte riordebedisponerdeinyectoresdeairecomprimido deplanta,controladoporvlvulaselctricas.Latolv adebeestarrevestidainteriormenteparareducirl africcindelconcentrado.Adems,debecontarconu nsensorsnicodenivelydecontroldelpesodel atolvamediantesensorespiezoelctricos.
Elalimentadorpesomtricoesaccionadoporunmoto relctricoconvariadordefrecuenciapararegular suvelocidadypesmetroparadeterminarlastoneladas porhoraquetransporta,loquepermitirregular unavelocidadconstantedeacuerdoalasnecesidadesde alimentacinestablecidas.Ladescargaalsecador norequieredevlvulasrotatoriasyaquelapartesup eriordelsecador(freeboardchamber)tienepresinligeramentenegativa.Laposicindelaccesopermit equeladistribucindelmaterialseadeformasimtrica.
Enelsecadorsepuedenestablecertresreas.Lai nferiordenominadaWindboxcorrespondealallegad adelosgasescalientesquevienendelacmaradec ombustin,desdeaquentranalosorificiosdelastoberasojetsdelaplacadefluidizacin.
Elreasiguientesobrelaplaca,correspondealle chofluidizado(Bed)dondeseproduceelsecadodelmaterial.Elconcentradosecomportacomounfluido ydesdeaqusaleimpulsadojuntoconlosgasesdedescarga,pasandopreviamenteporlapartesuperior correspondientealreafreeboard.
Enelreafreeboardseproducelaentradaalsecad ordelmaterialconcentradohmedo,dondetomacontactoconelmaterialsecoensusalidahaciael sectordelimpiezadegases.
Elniveldellechofluidizadosermedidodeacuerd oalapresinqueejercerelmaterialenellechofluidizado.Laplacadefluidizacindeformaincli nadaylapermanenterecirculacindegravillaconharneadocontinuo,permiteremoverconcentraciones nodeseadasdematerialenelsecador.
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Latemperaturadelmaterialenellechofluidizado (bedchamber)seutilizarparacontrolarelpasod elcombustibleydelairealquemador.
Lalimpiezadegasesseharmedianteunfiltrode mangascompuestopormdulosindependientes.Losgasesantesdeentraralasunidadesdelfiltrode mangaspasanporunacmaradeexpansin(bafflechamber).Enestareaseproducelaprimerasepara cindelosgasesconelmaterialensuspensin.Adems,selograunaprimerabarreradecontencin departculasnodeseadasquepodrandaarlasmangas.
Lasalidadelmaterialsecodesdelasunidadesdel filtrodemangasalatolvadecompensacinescondeslizadoresdetransporteneumticoyvlvulasrot atoriasinstaladasensusdescargas.
Elcontroldelasalidadelmaterialsecodebeser monitoreadopermanentementemedianteelgirocorrec todelasvlvulasrotatorias,latemperaturadelmate rialqueestfluyendoenlasalidaylacirculaci ndeaire.Deestaformasepretendeevitarunaacumulac innodeseadadematerialencadaunidaddelfiltr odemangas,conloquesehaceinnecesarioinstalar,pa raestepropsito,uncontroldepesodelfiltrodemangas.
2.5 AnlisisdeventajasydesventajasAcontinuacinsepresentaenformatabularypara cadasistema,lasventajasydesventajasdelacorrespondientetcnicadesecado.
SistemaRotatoriodeCalorDirecto
Ventajas Desventajas Menorvolumendegasesgeneradosqueun
secadordeLechofluido,debidoalamayor
temperaturadelgas
Mayorpotencialdecombustionarelazufredelas
partculasdeconcentrado,debidoalamayor
temperaturadeentradadelgas
Secadorpidopormejorescoeficientesdetransferenciadecalor(conveccin)
Requerimientosdeespaciofsicoconsiderables
MayormantencinqueunsecadordeLecho
fluido
SistemaRotatoriodeInyeccindeVaporenTubos
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Ventajas Desventajas Menorvolumendegasesgeneradosqueun
secadordeLechofluidooRotatoriodecalordirect o,
debidoalamayortemperaturadelgas
Seasumelaconstruccinenaceroinoxidable,
debidoalamenortemperaturadeoperacinymayor
humedadaumentandolaprobabilidaddeunacorrosinsignificativaenelprimerterciodela
superficiedecalentamiento.
Menorposibilidaddecombustionarelazufre,
debidoalamenortemperaturadeoperacin
Personaldemantencinmscalificado,para
trabajarconsistemasdevapor Niveldemantencionesreducido(cambiodepiezasmenorespordesgaste,unavezporsemana)
Siexistevapordisponible,costosoperacionales
menossignificativos
SistemadeLechoFluido
Ventajas Desventajas Menorconsumodecombustiblequeelsecador
Rotatoriodecalordirecto
Mayorvolumendegasesgenerados,
Mayordificultaddecontrol
Menorrequerimientodeespaciofsico Frecuentesincendiosdemangas
Ningnequipoenmovimiento,loquellevaauna
menormantencin
Buenaagitacinymezcladodelecho,permitetemperaturaparejayausenciadereascalientes
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