bma - funcionamiento de un tacho continuo

© BMAEl presente documento forma parte de una presentación, y es incompleto sin explicaciones orales

(Presentación No oficial de BMA-Sujeta a revisión)Pasión para el progreso © BMA

Cristalización por evaporación continua

VKT: Alto rendimiento usando el mínimo de energía


(Presentación No oficial de BMA-Sujeta a revisión)Pasión para el progreso

A) ¿De donde surge el VKT?– Tachos batchB) ¿Porque ese diseño de cada tacho del VKT?C) ¿Porque usamos agitadores?D) La mecánica de cristalización ¿Es diferente?E) Entonces ¿Como ahorra vapor un tacho continuo?F) ¿Como es un VKT?G) ¿Como se opera un VKT?H) ¿Que pasa en la operación normal del ingenio?

A) Masas ViscosasB) Paradas no programadasC) Baja MoliendaD) Cambio de las condiciones de operación

I) Conclusión, ¿el VKT debería de costar igual o menos que los tachos horizontales?

Puntos a tratar en esta presentación



Como nació el VKT

1) ¿Porque no conectamos los tachos en cascada?

2) Problema: Es difícil que fluya a los últimos tachos

3) Solución: Ponerlos uno sobre el otro



A) ¿De donde surge el VKT?– Tachos batchB) ¿Porque ese diseño de cada tacho del VKT?C) ¿Porque usamos agitadores?D) La mecanica de cristalizacion ¿Es diferente?E)Entonces ¿Como ahorra vapor un tacho continuo?F) ¿Que pasa en la operacion normal del ingenio?


G) sdf




● Fácil de construir, reparar.● Flexible en su operación

● Se ajusta a cualquier condición de operación del proceso y/o del producto con el que estemos trabajando.

● Bien operado produce la mejor calidad, (CV)● Es comúnmente aceptado que operan mejor con agitador mecánico, que sin el.

Ventajas

Desventajas●¡Es discontinuo! :-(●Depende del operador

¿Cual ha sido el mejor diseño para la evapo-cristalización?

El tacho tipo Robert



¿Cual ha sido el mejor diseño para la evapocristalización?

El tacho tipo Robert

●A la vez, es el diseño / tipo mas estudiado y difundido en todo el mundo.●Usado en caña, remolacha y refinerías



¿Cual es el diseño optimo del Robert?



Todas las otras configuraciones de calandrias, sin tubo central, tienen puntos de recirculacion que afectaran adversamente el tiempo de residencia, el CV de los cristales, agotamiento, etc.



¿Una mayor razón de evaporación evita la recirculación?

R/ NO, no tiene mayor efecto en la recirculación.



El diseño optimo es el con fondo en W o Doble cono



Efecto de la agitación por Jigger Steam (Incondensables)

● La mejora en la circulación es marginal.



¿Es mejor Jigger o Agitador mecanico?



Hugot quotes Webre in stating advantages of pan stirrers as follows:

✔ Saving in time for the strike.✔ Maximum temperature reached by the massecuite substantially lower.✔ Crystals better formed, more shapely and more regular.✔ Less colour in the sugar and reduced risk of sugar losses by local overheating.✔ Possible ready application of automatic feed controlled by the power consumption of the motor; when power increases, the feed valve is opened; when it decreases the valve is closed✔ Possibility of feeding the pan with syrup and molasses only slightly undersaturated without risk of remelting crystal.✔ Less deposit on the tubes, due to the abrasion effect by friction of the circulating crystals



Circulation of vacuum pans-2004-Peter Rein et Al

Peter Rein, 2004



A) ¿De donde surge el VKT?– Tachos batchB) ¿Porque ese diseño de cada tacho del VKT?C) ¿Porque usamos agitadores?D) La mecanica de cristalizacion ¿Es diferente?E) Entonces ¿Como ahorra vapor un tacho continuo?F) ¿Que pasa en la operacion normal del ingenio?


G) sdf




fuente: Mrtenroth, Et al PISCT vol 28, 2013

Consumo de vapor inconstante



fuente: Mrtenroth, Et al PISCT vol 28, 2013

Malas practicas de cristalización



La idea: De la cristalización por evaporación discontinua...

Con

teni

doM

S d

e m

asa

coci

daw

Ma

Semilla

Tiempo t

Crecimiento de los cristales

CocciónConcentración



Velocidad de cristalizacion en una masa cocida es una funcion de la supersaturacion, temperatura y area de superficie de los cristales, Ademas:

1. La velocidad de cristralizacion es mayor a altas temperaturas.

2. Esta velocidad incrementa con la supersaturacion, pero en la practica se alcanza el maximo a supersaturacion relativamente bajo.

3. La viscocidad se incrementa con la supersaturacion.

Conocimiento General



Hugot (1972)

Conocimiento General



La idea: ... la cristalización por evaporación continua

■Cristalización por evaporación continua:No es magiaPero presenta características especiales frente al proceso discontinuo

Tiempo t Recorrido s

1a cámara

2a cámara

3a cámara última cámara

Cristalización de pie de

cocida

Con

teni

do M

S d

e m

asa

coci

da w

Ma

Crecimiento delos cristales

Cocción



VKT: torre vertical de cristalización continua

■Apto para todas las etapas de cristalización (remolacha, caña, refineria)

■Utilizacion de vapor de calefacción de baja presión

■Disponibilidad ininterrumpida durante toda la campaña gracias a una concepción especial de limpieza

■Operación sin problemas y control del proceso fácil por regulación a valores fijos, (presión vapor, producción, flujo de semilla)

■Instalación al aire libre, que ahorra espacio del edificio de la fábrica

Passion for Progress © BMA

■

■

■

Camaras/Tachos independientes

Es operar tachos batch/discontinuos de forma continua

Son 4 cámaras / tachos en cascada, apilados uno sobre otro, puede crecerse a 5 o 6 cámaras / tachos.

Estructura general del VKT (1)




■ Placa de Fondo

■ Descarga por el fondo de cada cámara / tacho.

■ Cámara de vapor vegetal

■ Area de inspección intermedia

■ Descarga por el fondo de cada cámara.

■ Entre otras ...



■ Agitador en todas las cámarasDe 3 o 5 Alabes

■ Todas las cámaras / tachos:

Con moto reductor / agitador

■ Chumacera/Cojinete de pie autolubricante





■ Separador de gotas integrado del vapor vegetal- Separador por deflección- Con lavado independiente.



■ Una sola tubería de distribución para el vapor del calentamiento, (típicamente).

■ Una sola tubería de distribución para el vapor de escape, (típicamente).





■ Torre de escaleras- Acceso facil a todas las

cámaras tachos, instrumentación, (valvulas, medidores, etc.).

- Cualquier configuración de escaleras es posible, (usando el edificio del ingenio, caracol, estructura independiente, etc.)



Caracteristicas de VKT azúcar VKT azúcar VKT azúcarConstrucción Blanco/Refin. Crudo/MasaB Masa C

■ Flujo de la masa Válvula Rebalse Rebalse

■ Bypass cámara Posible Posible No Considerado

■ Materiales:Cámara Calefacción Acero Inox Acero Inox Acero al carbónCámara Vap Vegetal Revestido Revestido RevestidoAgitador Revestido Revestido Revestido

■ Vapor de limpieza Todas las Cámara 1,2 -cámaras



65 t/h130 t/h190 t/hCaudal máximo aprox.(Ø 5 600 mm)

16 t/h33 t/h50 t/hCaudal mínimo aprox.(Ø 3 600 mm)

Aprox. 6,5 hAprox. 4,0 hAprox. 2,5 hTiempo de permanencia

Producto bajo gradoAzúcar crudoAzúcar blancoProducto

■ La velocidad de cristalización determina el tiempo de residencia.

■ Del balance de la fabrica, determinamos los flujos.

■ Resultado: Usar usar el menor volumen útil necesario.

Diseño (1)Criterio por “Cristalización”

Valores típicos usando Vapor 0,8 bar abs = -2,9 psig aprox.



■ Determinar cuanta evaporación de agua se necesita

■ Cual es la diferencia de temperatura (vapor:masa cocida)

■ Cuales son los coeficientes de transferencia de calor para los diferentes productos.

■ Resultado: Usar la menor superficie necesaria de calefacción

Diseño (2)Criterio por Transferencia de calor

Cual VKT seleccionar:El de volumen minimo y superficie de calefaccion mínima



Serie estándar

Diámetro 3 600 mm 4 000 mm 4 400 mm

Superficie de calent. 988 m² 1 276 m² 1 540 m²

Volumen útil 78 m³ 88 m³ 121 m³

Masa aprox. mc 115 t 130 t 175 t

Diámetro 4 800 mm 5 200 mm 5 600 mm

Superficie de calent. 1 872 m² 2 184 m² 2 544 m²

Volumen útil 146 m³ 174 m³ 205 m³

Masa aprox. mc. 210 t 250 t 300 t

■VKT con 4 cámaras, ampliable a 5 cámaras■Altura: 31 m■El diámetro varía entre 3 600 y 5 600 mm



Operación del VKTEjemplo: VKT para producto A

semilla

Masa cocida A

Licor de alim.

cámara #1

cámara #2

cámara #3

cámara #4

vapor

24.92 t/h

49.73 t/h

69.04 t/h

80.80 t/h

90.00 t/h

32.91 t/h(35.0 %)

27.27 t/h(29.0 %)

18.80 t/h(20.0 %)

94.02 t/h

15.04 t/h(16.0 %)

(100 %)

7.49 t/h

7.35 t/h

6.69 t/h

5.83 t/h

28.94 t/h

Tamaño de cristalesContenido de cristal

0.57 mm35 %

0.66 mm38 %

0.74 mm47 %

0.80 mm53 %

0.50 mm48 %



Ciclos de limpieza necesarios

■El azúcar se cristaliza:no solo en los cristalessino también en paredes y elementos interiores, a pesar de su optimización constructiva

■Previsión durante el servicio: Sistema de lavado para instrumentos de medición y valvuleríasPrograma de lavado automáticoLimpieza de toda la cámara (limpieza con vapor y cocción) dependiendo de las incrustaciones

■Funcionamiento ininterrumpido obtenible

Azúcar blanco Azúcar crudo Producto de bajo grado 15 a 18 días 17 a 22 días más de 50 días


Proceso de limpieza

■Por cámaras, desde la primera cámara hasta la última("de arriba hacia abajo")

Cámara 1 Cámara 2 Cámara 3 Cámara 4Servicio normal



Concepto de regulación (1)para el VKT de azúcar blanco

Pie de cocida

Licor de alimen-tación

Vapor de

calent.

Cámara 1

Cámara 2

Cámara 3

Cámara 4

Masa cocida

Vapor de escape



Circuito de regulación Valor teórico■Presión de vapor p. ej., 200 mbar■Presión de vapor de

calentamiento ajustado por el operario■Nivel de masa cocida 400 mm por encima de la cámara de calefacción■Densidad de masa cocida especificación tecnológica■Cantidad de licor de alim. mediante regulador de densidad

Masa cocida

Vapor de calenta-miento

Licor de alimenta-ción

Masa cocida (de la cámara superior)

Vapor de escape




Piede cocida

Masacocida

Licor de alimentación

Cantidad de pie de cocida: Regulación de proporción frentea la cantidad total de licor de alimentación



Concepto de regulación (4)Regulación de cantidad de pie de cocida

■Determinación para el VKT estándar: el 25% de la masa cristalina del producto proviene del pie de cocida, el 75 % de la masa cristalina del producto proviene del licor dealimentación

■Tamaño de cristales (MA) depende deel tamaño de cristales en el pie de cocida la relación cantidad pie de cocida / cantidad licor de alimentación

■Consideración de densidad, contenido de cristal y contenido de materia seca

caudal volumétrico

■"Relación de pie de cocida" = caudal volumétrico del pie de cocida / caudal volumétrico del licor de alimentación

normalmente: 20-25%,


*LA: licor de alimentación

Concepto de regulación(5)Resumen de lazos de control

Lazo de control / VKT azúcar VKT azúcar VKT azúcarRegulación Blanco/Refin Cruda/Masa B Masa C

Presión vapor vegetal Cada Cámara Cada Cámara Cada CámaraPresión vapor calentam Cada Cámara Cada Cámara Cada CámaraNivel de masa cocida Cada Cámara Última Cámara Última CámaraMat. Seca Masa Cocida Cada Cámara Cada Cámara - Cantidad licor de alim. Cada Cámara Cada Cámara Cada CámaraCantidad de semilla Relación LA* Relación LA* Relación LA*Temp Masa cocida - - Cada Cámara



Concepto de regulación (6)Características

■Circuitos de regulación sencillos■Aplicable con sistema de control

de proceso convencional o armario de mando independiente

■Adaptación del caudal a la capacidad de la estación de fabricación exclusivamente mediante especificación de la presión del vapor de calentamiento

Acelerador:Aumento o reducción de la presióndel vapor de calentamiento de todaslas cámaras "pulsando un botón"



Estrategia de control (1)

C1

C2

C3

C4

Licor de alim.

Pie de cocida

Masa cocida de

Vapor de e

Aspectos tecnológicos■Evaporador ■Cristalizador■Acumulador

Vapor de escape

Masa cocida de producto


Estrategia de control (2)Cadena de efectos

Diferencia de temp.Vapor de cal. - mc

Evap. deagua

Concentración, sobre-saturación y cristalización

Regulación del contenido de MS

Adición de licor de alimentación

Regulación del nivel de masa cocida

Extracción de productoCaudal

Especificación presión vapor de cal.

?


Estrategia de control (2)Cadena de efectos

Diferencia de temp.Vapor de cal. - mc

Evap. deagua

Concentración, sobre-saturación y cristalización

Regulación del contenido de MS

Adición de licor de alimentación

Regulación del nivel de masa cocida

Extracción de productoCaudal

Especificación presión del vapor de cal.

Manejo "Acelerador" por el operario de la instalación



VKT - Südzucker



Ejemplo de aplicación: Cristalización por evaporación con doble utilización de los vapores

0,29 bar 0,18 bar0,95 bar

1,09 bar0,1 bar

1,4 bar

Cond.

Cond.

A - VKT

C - VKT

B - VKT

0,29 bar

10,10 bar

2



VKT A, B, CKlein Wanzleben



ResumenVentajas del VKT (1)

■Apto para todas las etapas de cristalización de azucareras y refinarias

■Circulación óptima de la masa cocida agitadores mecánicos en calandrias verticalesprincipio probado de tachos discontinuos

■Alto contenido en cristales, alto rendimiento/agotamiento

■Operación continua por la alimentación y la evacuación regular de los flujos másicos

■Adaptación óptima individual de las cámaras de cristalización y de los agitadores a diferentes parámetros de operación

■Operación sin problemas y control del proceso fácil por regulación a valores fijos



ResumenVentajas del VKT (2)

■Puesta en y fuera de servicio sin problemas

■Baja tendencia a formar incrustaciones gracias al conocimiento especial en

construcción y fabricación de las cámaras de cristalizaciónoperación del tacho

■Largos periodos de servicio entre dos limpiezas, incluso en el caso de productos de alta pureza

■Disponibilidad ininterrumpida durante toda la campaña gracias a una concepción especial de limpieza

■Utilizacion de vapor de calefacción de baja presión

■Configuraciones especiales ahorradoras de energía posibles



ResumenVentajas de el VKT (3)

■Adaptación rápida del caudal a variaciones de condiciones de operación

■No es necesario liquidar las cámaras en las paradas (incluso si las paradas son largas)

■Fácil ampliación de la capacidad montaje ulterior de una cámara de cristalización adicional

■Instalación al aire libre

■Fundición simple, sin estructura de acero

■Fácil procesamiento de masas de alta viscocidad

■Bajo consumo de agua No se utiliza agua para la cristalización



Operando los tachos Robert's discontinuos,¿Que hacemos con masas viscosas / baja

pureza?

R/ A)Si no tenemos agitadores mecánicos:Tratamos de Incrementar la agitación natural:

-) Agregando agua, (consumiendo mas vapor)-) Usando agitadores Jigger steam, (“algo esmejor que nada”)

B) Si tenemos agitadores mecanicos:-) La agitación es suficientemente buena



¿Porque es Mayor agotamiento en el VKT ?

-) Porque la tendencia es a producir cristales mas grandes.-) Para el agotamiento es mucho mejor los granos grandes que los pequeños.-) Porque los cristales pequeños pasan por las mallas. -) Porque el uso del agitador mecanico permite apretar al brix mas alto.

d=0,674 mmMA=0,601 mmn= 2,68CV=39,6%

0,1 0,5 1,0

98

90

7070

40

5



¿Porque es Mayor agotamiento en el VKT ?

-) Porque la tendencia es a producir cristales mas grandes.-) Para el agotamiento es mucho mejor los granos grandes que los pequeños.-) Porque los cristales pequeños pasan por las mallas. -) Porque el uso del agitador mecanico permite apretar al brix mas alto.

d=0,796 mmMA=0,716 mmn= 3,32CV=36,5%Refineria

98

90

70

40

5

0,1 0,5 1



0,1 mm1,0 mm

0,01 mm

0,1 mm1,0 mm

0,01 mm

Distribucion CV en un tacho horizontal

MA=0,24mmCV=52%d50%=0,225mmD10%=0,086mm

MA=0,26mmCV=44%d50%=0,243mmD10%=0,120mm



En resumen ....

■ ¿Como opero el VKT?Como tachos batch en cascada

■ ¿Que pasa si alguna condición de operación cambia?Ajusto el VKT acorde, (como en un tacho batch).

■ ¿Cuales son los limites de operación del VKT?Los limites físicos de la cristalización

■ ¿Que pasa si alguna razón tengo problemas con la masa? (grano reproducido).Lo mismo que haría con un tacho batch, lo paro, disuelvo y continuo la cristalización.


¡Muchas gracias por su atención!

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